Удосконалення технології вирівнювання нахилених будівель горизонтальним вибурюванням ґрунту із основи

Размещено на http://allbest.ru

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ»

УДК 624.131

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Удосконалення технології вирівнювання нахилених будівель горизонтальним вибурюванням ґрунту із основи

05.23.08 - технологія та організація промислового та цивільного будівництва

Самченко Роман Васильович

Дніпропетровськ - 2010

Дисертацією є рукопис.Робота виконана в Запорізькому відділенні Державного підприємства «Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій» Міністерства регіонального розвитку і будівництва України та Державному вищому навчальному закладі «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Тян Рево Борисович, Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», завідувач кафедри фінансів і маркетингу.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Пшінько Олександр Миколайович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, ректор, завідувач кафедри будівель та будівельних матеріалів;

кандидат технічних наук, доцент Галушко Валентина Олександрівна, Одеська державна академія будівництва та архітектури, доцент кафедри технології будівельного виробництва.

Захист відбудеться «16» червня 2010 р. о 13⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 при Державному вищому навчальному закладі «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного вищого навчального закладу «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» за адресою: м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а.

Автореферат розісланий «14» травня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Т.С. Кравчуновська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Будинки й споруди, побудовані на основі, яка може стискатися, найчастіше потрапляють під вплив нерівномірних осідань. Причини їхнього виникнення можуть бути всілякими залежно від широкого спектру об'єктивних і суб'єктивних факторів. Як наслідок, в Україні є велика кількість будинків та споруд, що отримали крени, величина яких перевищує допустимі норми і найчастіше призводять до аварійних ситуацій.

Відсутність у сучасних умовах фондів відселення мешканців з аварійних будинків обумовлює необхідність розвитку й удосконалення технологій проведення робіт, пов'язаних з відновленням експлуатаційної придатності будинків.

Тема роботи продиктована необхідністю розробки технологічних способів ліквідації кренів будівель або регулювання їх просторового положення при вирівнюванні без збільшення деформацій конструкцій у процесі усунення кренів, бажано без відселення мешканців і припинення експлуатації будівель та споруд.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у рамках реалізації наукової програми «Розробка та дослідження технології вирівнювання будівель та споруд», проводилась відповідно до етапів держбюджетної теми НП - 11 «Розробка і вдосконалення існуючих способів вирівнювання будівель та споруд із застосуванням вибурювання ґрунтів із основи», яка є складовою частиною комплексної програми Держбуду України О.Ц.031, О55.16Ц, 06.02.05 «Розробка та впровадження нових і вдосконалених методів усунення кренів будівель та споруд в умовах нерівномірних деформацій основ» (№ держреєстрації 81048513, рівень участі здобувача - виконавець).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є удосконалення технології вирівнювання нахилених будівель горизонтальним вибурюванням грунту із основи без припинення їх експлуатації та відселення мешканців.

Для досягнення цієї мети поставлені та вирішені такі завдання:

- аналіз причин нерівномірних осідань будівель, способів усунення їх нахилу з обгрунтуванням доцільності застосування технології вирівнювання влаштуванням горизонтальних свердловин;

- дослідження технологічних параметрів вибраного способу ліквідації кренів для будівель призматичної форми, які отримали поздовжні та поперечні нахили, а також складні крени, та на цій основі удосконалення технології вирівнювання таких будівель та споруд із круглою в плані формою фундаментів;

- розробка методики розрахунку раціональних технологічних параметрів вирівнювання будівель та споруд за удосконаленою технологією;

- розробка удосконаленого технологічного обладнання і оснащення для реалізації запропонованої технології;

- випробування та впровадження розробленої методики розрахунку параметрів та способів вирівнювання будівель з різними видами кренів з оцінкою ефективності впровадження результатів роботи.

Об'єкт дослідження - технологія відновлення експлуатаційних властивостей будівель та споруд ліквідацією їх нахилу шляхом влаштування горизонтальних свердловин у грунті основи.

Предмет дослідження - технологічні параметри удосконаленого способу ліквідації нахилу будівель та споруд шляхом влаштування горизонтальних свердловин змінних параметрів у грунті основи.

Методи дослідження: системного аналізу та синтезу при виборі технології ліквідації нахилу будівель; обчислювального експерименту для обґрунтування кроку та діаметру свердловин; відпрацювання в натурних умовах технології буріння горизонтальних свердловин змінних параметрів, у тому числі змінних діаметрів по довжині; тобто ступінчатих з забезпеченням прямолінійності в різних грунтових умовах; спостереження за нерівномірними регульованими осіданнями фундаментів на перфорованій основі; теоретичні розрахунки та польові натурні дослідження параметрів вирівнювання. будинок крен свердловина осідання

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше встановлені закономірності зміни положення у просторі будівлі під дією технологічних чинників влаштування горизонтальних свердловин змінних параметрів, а саме: буріння свердловин зі змінними діаметрами, кроками, довжиною, кількість рядів, характеристики грунтів, тиск на перфорований шар основи, на основі чого можливе раціональне керування технологічним процесом усунення кренів;

- дістала подальшого розвитку технологія вирівнювання цивільних та житлових будівель призматичної форми в різних напрямках, яка забезпечує ліквідацію нахилу по лінійній епюрі за рахунок змінних параметрів вирівнювання: а) у поперечному напрямку; б) у поздовжньому напрямку; в) у складному напрямку; удосконалена технологія вирівнювання споруд, у тому числі баштових та висотних, які мають фундаменти круглої форми для різних рівнів залягання підземної води;

- вперше розроблені технології керування просторовим положенням будівель та споруд у процесі їх вирівнювання, а саме: збільшення інтенсивності осідань регульованим зволоженням грунту навколо свердловин із різною температурою води та частковим руйнуванням ціликів грунту між свердловинами без виносу грунту на поверхню, а зменшення інтенсивності осідань - частковим тампонуванням горизонтальних свердловин.

Практичне значення одержаних результатів полягає в:

- розробленні рекомендацій з раціонального вибору елементів технологічного процесу;

- експериментальній перевірці і впровадженні в практику розроблених способів усунення кренів будівельних об'єктів різних конструктивних схем в різних грунтових умовах;

- впровадженні в практику вирівнювання об'єктів моніторингу з застосуванням автоматичної системи вимірювання кренів;

- впровадженні в практику вирівнювання об'єктів розроблених методів керування осіданнями фундаментів і просторовим положенням будівель, споруд;

- розробленні і практичному застосуванні обладнання і технологічного оснащення.

За результатами дослідження розроблена регіональна програма вирішення проблеми кренів будівель в м. Запоріжжя, де експлуатуються 55 будівель, що отримали надлишкові крени.

Результати досліджень використані при проектуванні і вирівнюванні 24 будівель і споруд різного призначення в м. Запоріжжя, м. Дніпропетровськ, м. Луганськ, м. Краснодон, м. Молодогвардійськ Луганської обл., м. Львів, м. Полтава, м. Мена Чернігівської обл.

Особистий внесок здобувача у статтях, опублікованих у співавторстві, полягає в:

- постановці мети і завдань розроблення та дослідження технології вирівнювання будівель і споруд [2; 3];

- дослідженні впливу різних факторів на процес вирівнювання об'єктів, і за його результатами розроблення рекомендацій з раціонального вибору елементів технологічного процесу [6; 7];

- розробці методики розрахунку технологічних параметрів вирівнювання нахилених будівель та споруд [8; 9; 10];

- розробці і впровадженні в практику методів керування осіданнями фундаментів при усуненні кренів нахилених будівель та споруд [11; 12];

- розробці і впровадженні в практику вирівнювання технологічного оснащення і технологічних ліній [13];

- впровадженні розробленої технології вирівнювання нахилених будівель горизонтальним вибурюванням грунту із основи на 24 об'єктах, в більшості яких автор був відповідальним виконавцем.

Апробація результатів роботи. Основні положення роботи доповідались на науково - технічних конференціях: Всеукраїнській науково - практичній конференції «Реконструкція будівель і споруд. Досвід і проблеми (м. Київ, 2001р.); Першій та Другій міжнародних науково - практичних конференціях «Баштові споруди: матеріали, конструкції, технології» (м. Макіївка, 2001, 2003 р.р.); Шостій всеукраїнській науково - технічній конференції «Механіка грунтів, геотехніка та фундаментобудування» (м. Полтава, 2008р.)

Публікації. Основні положення і результати дисертації відображені в 10 статтях, опублікованих у збірниках наукових праць та наукових журналах, що входять до переліку наукових фахових видань, затвердженого ВАК України, та 1 патенті України на винахід і 2 патентах України на корисну модель.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і 3 додатків. Дисертація викладена на 218 сторінках, у тому числі 147 сторінок основного тексту, 62 рисунки, 8 таблиць, 10 сторінок списку використаних джерел (88 найменувань). Додатки представлені на 51 сторінці.

ОСНОВНИЙ ЗМIСТ

У вступі визначена актуальність проблеми відновлення експлуатаційної надійності будівель та споруд із наднормативними кренами шляхом їх вирівнювання, викладені мета і завдання дослідження, наукова новизна і практичне значення роботи, особистий внесок здобувача, наведені дані щодо апробації результатів дисертації та публікацій.

У першому розділі наведені основні причини виникнення нерівномірних осідань фундаментів і, як наслідок, кренів будівель, споруд, приводиться еволюція методів регулювання просторового положення об'єктів. Розглядаються технологічні аспекти вирівнювання будівель і їх способи. При порівнянні різних способів впливу на зміну просторового положення об'єктів визначається перевага способам задавання фундаментам будівель примусових технологічних осідань з метою виклику контр-кренів будівель та споруд, що досягається шляхом керованого нерівномірного деформування основи, із яких перспективним є часткова виїмка ґрунту вибурюванням з-під фундаментів. Приводяться переваги й недоліки технології вибурювання ґрунту похилими свердловинами. Зазначається, що найбільш ефективним є метод часткової виїмки грунтів горизонтальними свердловинами. Зроблений висновок, що існуючу технологію вирівнювання будівель та споруд необхідно вдосконалювати. Сформульовано робочу гіпотезу, основні завдання дослідження та розробки технології вирівнювання нахилених будівель горизонтальним вибурюванням грунту із основи.

У другому розділі наведені експериментальні дослідження чинників, які впливають на процес вирівнювання будівель та споруд. Оскільки головною дією при вирівнюванні об'єктів є осідання фундаментів, то досліджувались закономірності осідань будівель від зміни технологічних параметрів горизонтального буріння грунтів основи, характеристик ґрунтів, вологості, щільності та тиску на основу по підошві фундаментів.

Встановлено, що основними технологічними параметрами, від яких залежить осідання фундаментів, є діаметр, крок і кількість рядів свердловин.

Дослідження згаданих факторів виконувались геодезичними нівелюваннями осідань фундаментів у залежності від зміни вказаних параметрів при вирівнюванні 24 об'єктів, де автор був виконавцем робіт.

Результати досліджень показали, що графіки осідань будівлі мають криволінійний характер, при цьому інтенсивність їх збільшується із збільшенням розміру діаметра свердловин.

Аналіз отриманих результатів свідчить, що осідання фундаментів зменшується при збільшенні кроків, при бурінні свердловин одного й того ж діаметру. При збільшенні кроку за межі 500...600 мм величина та інтенсивність осідань значно знижуються.

Дослідження показали, що при бурінні свердловин у декілька рядів загальне осідання дорівнює сумі осідань від кожного ряду свердловин:

,

де - підсумкове осідання фундаментів будівлі;

- осідання фундаментів будівлі від і-го ряду свердловин;

- кількість рядів свердловин.

При збільшенні вологості ґрунту осідання зростають, графіки зміни осідань при зміні вологості мають криволінійний характер. При цьому їх інтенсивність зростає в межах досягнення вологості до 22...24%, при подальшому її збільшенні інтенсивність осідань зменшується. Це можна пояснити таким чином: при збільшенні осідань фундаментів процес руйнування ґрунту в ціликах і проміжках між свердловинами посилюється, свердловини деформуються, приймаючи форму еліпса, їх порожнини заповнюються зруйнованим грунтом і, як наслідок, інтенсивність деформацій стиску перфорованого шару основи знижується; осідання фундаменту також зменшуються.

Осідання фундаментів збільшуються значно інтенсивніше при зволоженні грунтів навколо свердловин гарячою водою. Дослідження показали, що зволоження ґрунтів гарячою водою з температурою від 40^оС дозволяє прискорити ліквідацію крену на 30-40%, а при збільшенні температури води в межах до 60-70^оС процес прискорюється на 70%.

Дослідженнями також встановлено, що осідання фундаментів збільшується при зростанні тиску під підошвою фундаментів по лінійній закономірності.

В результаті досліджень впливу різних чинників на осідання будівлі розроблені рекомендації з раціонального вибору елементів технологічного процесу при вирівнюванні нахилених будівель і споруд.

У третьому розділі надаються основні положення розробленої технології усунення кренів нахилених об'єктів, яка базується на послабленні перфорацією обмеженого по товщині шару основи під фундаментами горизонтальними свердловинами змінних параметрів. При цьому об'єм вийнятого ґрунту повинен дорівнювати об'єму просторової епюри осідань фундаментів будівлі. Для попередження збільшення деформацій будівельних конструкцій епюра заданих будівлі нерівномірних осідань має бути лінійною.

Розроблені технології вирівнювання житлових, цивільних та промислових будівель призматичної форми, нахилених у поздовжньому, поперечному та складному напрямках (патент України №65455А).

Для буріння горизонтальних свердловин під фундаментом розрахунковим шляхом визначають кількість рядів свердловин по висоті, тобто визначають товщину шару основи, в якому необхідно виконати його перфорацію. Розрахунками визначають необхідність укріплення укосу котловану та перед його виготовленням, у разі необхідності, виконують закріплення ґрунту уко-

су вертикальним армуванням бурозмішувальною технологією. Котлован відкопують зі сторони менш осілої частини будівлі, на дні котловану монтують верстати горизонтального буріння й виконують послаблення шару основи бурінням горизонтальних свердловин змінного перерізу, тобто ступінчатих у поперечному напрямку будівлі на 3/4 її ширини.

У поздовжньому напрямку свердловини мають постійний розрахунковий крок. Під тиском будівлі цілики ґрунту між свердловинами та в їх склепіннях руйнуються, шар ґрунту деформується. Оскільки діаметри свердловин поступово зменшуються в напрямку від менш осілої до більш осілої частини будівлі по розрахунковим параметрам, то й деформації стиску шару основи у відповідному напрямку зменшуються і, отже, осідання будівлі відбувається по розрахунковій епюрі.

Для усунення поздовжнього крену будівлі котлован відривають у залежності від можливостей. Більш раціональним є відкопування котловану зі сторони менш осілого торця будівлі. У такому випадку ступінчаті свердловини бурять під фундаментами в поздовжньому напрямку по розрахункових параметрам - діаметрам, довжинам кожної ділянки, при цьому крок свердловин постійний, розрахунковий. За лінію повороту при розрахунках приймається обріз крайнього торцевого фундаменту, який більше просів.

У випадках, коли відкопування котловану зі сторони менш осілої частини фундаменту неможливе, котлован відривають уздовж одного із фасадів, більш зручно зі сторони головного фасаду.

Фронт буріння розбивають на ділянки, кількість яких відповідає наявності бурових станків. При цьому необхідно мати на увазі - чим більше ділянок, тим рівномірнішим буде зниження жорсткості перфорованої основи. Буріння свердловин розпочинають одночасно на всіх ділянках у відповідній послідовності так, щоб запобігти вигину або прогину фундаменту.

Вирівнювання будівлі по трикутній епюрі досягається бурінням свердловин постійного діаметра по довжині, в поперек будівлі за межі обрізів фундаменту. Або свердловинами із змінними діаметрами і кроками по фронту буріння, тобто уздовж будівлі. При цьому діаметри свердловин зменшуються в напрямку від менш осілого до більш осілого торця будівлі, тобто d₁ d₂ d_n, а кроки - навпаки збільшуються: t₁ t₂ t_n.

Для вирівнювання будівель, які мають складні крени (крени по діагоналі), котлован відкопують з будь-якої можливої сторони. Більш бажано - уздовж менш осілої сторони фундаменту. Задавання технологічних деформацій основи, необхідних для отримання нерівномірних осідань по епюрі, яка при усуненні складних кренів буде мати форму трапеції, виконують шляхом послаблення шару основи одним або декількома рядами свердловин. Комбінуючи горизонтальні ступінчаті та з постійним діаметром свердловини із змінними розрахунковими параметрами буріння - кроком, діаметром, довжиною, досягають нерівномірних осідань фундаментів одночасно у двох напрямках.

Після буріння проектного обсягу свердловин приступають до не менш відповідального етапу вирівнювання нахилених об'єктів - регулювання осідань фундаментів та керування просторовим положенням будівель і споруд, яке виконується на основі даних моніторингу та за розробленими технологіями (патенти України № 65455А, № 40931).

Прискорення інтенсивності зміни крену будівлі виконують поетапним керованим зволоженням ґрунту навколо стінок свердловин холодною водою, а для прискорення процесу усунення крену з метою зміни напрямку технологічних осідань - зволоженням гарячою водою температурою більш ніж 60єС. Прискорення технологічних осідань в грунтах основи, які мають достатню міцність та слабке розмокання, наприклад, мергелистих, рекомендується здійснювати шляхом руйнування ціликів ґрунту без виносу його зі свердловин за допомогою спеціального пристрою, розробленого на рівні винаходу. Зменшення осідань фундаменту або необхідної його частини запропоновано виконувати керованим тампонуванням відповідної зони свердловин.

Поряд із згаданими технологіями, розроблене і впроваджене обладнання для буріння горизонтальних свердловин та технологічне оснащення для регулювання осідань фундаментів:

- малогабаритний верстат горизонтального буріння (патент України № 42283);

- технологічна лінія тампонування свердловин з метою зменшення осідань фундаменту.

Розроблене та виготовлене інше технологічне обладнання, яке забезпечує виконання повного комплексу робіт із вирівнювання будівель та споруд, а також розроблені технологічні карти на їх виконання.

У четвертому розділі викладена розроблена методика розрахунків параметрів вирівнювання нахилених будівель та споруд, в основу якої закладено знаходження потрібних осідань фундаментів будівель, споруд.

Фундамент із розмірами а х l під дією ваги будинку Q у результаті буріння під ним ряду свердловин із кроком U і довжиною l, яка дорівнює довжині фундаменту, одержить осідання S . Методика розрахунку технологічних параметрів базується на принципі: об'єм видаленого ґрунту горизонтальними свердловинами має дорівнювати об'єму просторової епюри осідань фундаменту.

Об'єм вийнятого ґрунту горизонтальними свердловинами:

,(1)

де n - кількість свердловин;

d - діаметр свердловин;

l - довжина свердловин.

Об'єм просторової епюри осідань:

, (2)

де S - осідання фундаменту;

U - крок свердловин.

Порівнюючи об'єми: , одержимо: ,

звідки: ,(3)

де k_гр - коефіцієнт, що враховує характеристики грунту в перфорованому шарі під підошвою фундаменту. Його отримано експериментальним шляхом і визначено за графіками.

Епюру розрахункових осідань можна забезпечити шляхом буріння горизонтальних свердловин під фундаментом зі змінними параметрами - діаметрами, кроками, довжинами й кількістю рядів.

Необхідну епюру 1 осідань перетворимо в розрахункову 2, розбиваючи на ділянки. При цьому трапецеподібні ділянки епюри 1 замінюємо на прямокутні, у межах яких визначаємо кількість, діаметри й кроки свердловин, знаючи осідання S_i на кожній ділянці.

З огляду на те, що у технологів є набір шнеків фіксованих діаметрів, у виразі (3) задаємося наявними діаметрами. Знаючи діаметри свердловин і значення необхідних осідань фундаментів у межах кожної ділянки, завдання зводиться до знаходження оптимального кроку для кожної ділянки свердловин, при якому забезпечуються необхідні осідання - S_тр.

Визначення кроку виконується методом підбору, використовуючи формулу (3) розрахункових осідань - S_р. Приймаючи наближене значення кроку свердловин, виражене через діаметр, у межах рекомендованого співвідношення 1,5...2d, та підставляючи в (3), визначаємо прогнозовану величину осідання.

У випадку суттєвої розбіжності необхідного і розрахункового значень осідань, зменшуємо або збільшуємо крок свердловин і, підставляючи його прийняте значення у формулу (3), знову знаходимо можливе осідання фундаменту будівлі. Розрахунки повторюємо до тих пір, поки відхилення значень не буде перевищувати 5%.

Згідно одержаних даних, будують епюру потрібних осідань фундаменту, яка при усуненні поздовжніх чи поперечних кренів будівлі має форму трикутника.

Отримавши закономірність осідань фундаменту, переходять до розрахунку технологічних параметрів вирівнювання будівлі - діаметрів, кроків, довжин свердловин та кількості їх рядів.

За наведеною методикою був проведений розрахунок параметрів вирівнювання блок-секції 2 житлового будинку №37 кварталу Шевченка в м. Краснодон Луганської області.

За розрахованими параметрами виконано вирівнювання блок - секції в поперечному напрямку. За результатами геодезичного нівелювання будувалась епюра осідань. Отримані епюра осідань за даними фактичних геодезичних вимірювань та епюра, що отримана за розрахунками.

Максимальна величина осідань за даними геодезичного нівелювання - 170 мм, розрахункова - 181 мм. Розходження між розрахунковою величиною осідань і фактичною склало 6%, що дає підставу стверджувати про достовірність розробленої методики розрахунку параметрів вирівнювання нахилених об'єктів.

У п'ятому розділі висвітлюються результати практичного застосування розробленої технології та її економічного аналізу. Протягом усього процесу вирівнювання, на всіх його етапах виконувався моніторинг, який включав геодезичні методи нагляду та контролю й автоматизовану систему «Моніторинг» з використанням індуктивного універсального інформаційного датчика зміни кренів.

Геодезичні методи включають: нівелювання для нагляду за осіданнями фундаментів, теодолітну зйомку для контролю просторового положення будівель та споруд. За даними регулярного геодезичного нівелювання будувались епюри осідань фундаментів і графіки зміни осідань у часі на всіх етапах вирівнювання.

Епюри й графіки постійно аналізувались та робились висновки про хід вирівнювання. При відхиленнях від проектних параметрів ухвалюються рішення щодо необхідності коригування технології вирівнювання. Геодезичні методи контролю мають дискретний характер нагляду за процесом вирівнювання об'єктів.

Постійний контроль процесу вирівнювання в реальному часі рекомендується виконувати за допомогою автоматизованої вимірювально - інформаційної системи «Моніторинг», розробленої в Запорізькому відділенні Державного підприємства «Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій».

Ця система дає можливість отримувати дані про напрямки та розмір переміщення в просторі об'єкта вирівнювання, зміну кута нахилу, деформації конструкцій, у тому числі величину розкриття тріщин.

На прикладі м. Запоріжжя показані масштабні проблеми, які виникають на територіях зі складними інженерно - геологічними умовами, пов'язані з кренами будівель та споруд. Тільки одних житлових будинків, крени яких перевищують нормативні значення більш ніж в 3 рази, в м. Запоріжжя налічується 55. Показано, до яких негативних наслідків призводять крени. Особливо важкі наслідки виникають при зіткненні суміжних будинків або їх блок - секцій через зустрічні нахили.

Наведені приклади впровадження розроблених технологій вирівнювання будівель призматичної форми і споруд круглої форми - ємнісних та димових труб висотою 50...100 м.

Розроблену технологію впроваджено на 24 об'єктах, із них 15 блок-секцій житлових будівель, 3 ємнісні споруди, 6 димових труб. Вирівнювання всіх об'єктів виконано без відселення мешканців та без припинення експлуатації, на жодному з них не відбулося збільшення деформацій конструкцій та не пошкоджено опорядження, що свідчить про високу ефективність розробленої технології та методів керування процесом вирівнювання.

Виконано оцінку техніко - економічної ефективності розробленої технології. При цьому зроблено порівняльний аналіз двох методів вирівнювання, будівель - методу, який розглядається, та методу піддомкрачування.

Останній знаходить найбільше застосування в практиці усунення нахилів будівель. На основі кошторисів, за якими відбувалося реальне фінансування робіт з вирівнювання двох 9 поверхових блок-секцій в 2007 р. на одному майданчику, зроблено порівняльний аналіз.

Порівнюючи техніко-економічні показники за двома вказаними варіантами вирівнювання, можна зробити висновки:

- економічний ефект для однієї блок-секції складає 497,828 тис. грн. за рахунок зменшення трудомісткості та витрат ресурсів;

- термін вирівнювання методом вибурювання також вигідно відрізняється від піддомкрачування - відповідно 47 днів та 78 днів.

ВИСНОВКИ

На основі проведених досліджень у дисертації надано нове вирішення актуального науково-прикладного завдання із удосконалення технології ліквідації нахилів промислових та цивільних будівель і споруд шляхом влаштування горизонтальних свердловин у грунті основи, що знайшло відображення у наступному:

1. На основі аналізу причин нерівномірних осідань фундаментів будинків, споруд, які призводять до нахилів, а також відомих технологій їх вирівнювання виявлено, що існуючі способи виконання робіт не забезпечують достатню керованість та безпеку розглянутих процесів, а тому перевагу варто віддати методу вирівнювання горизонтальним вибурюванням ґрунту з основи із змінними параметрами свердловин.

2. Дослідженнями закономірностей технологічного процесу ліквідації кренів споруд дозволили встановити, що:

- зменшення нахилу споруди та швидкість цього процесу залежить від діаметра горизонтальних свердловин, ця залежність має криволінійний характер;

- за аналогічною залежністю пов'язані крок буріння свердловин із швидкістю ліквідації нахилу, причому інтенсивність цього процесу помітно знижується при збільшенні кроку від 600 мм;

- при бурінні свердловин у кілька рядів сумарне необхідне для ліквідації крену осідання фундаментів дорівнює сумі осідань від кожного ряду;

- із збільшенням вологості суглинків перфорованого шару в межах до 21....22% величина й інтенсивність процесу ліквідації нахилу збільшуються, а при подальшому зростанні вологості цей процес уповільнюється;

- зволоження ґрунтів гарячою водою з температурою від 40^оС дозволяє прискорити ліквідацію крену на 30-40%, а при збільшенні температури води в межах до 60-70^оС процес прискорюється на 70%.

3. На основі отриманих закономірностей розроблено технологію вирівнювання будинків призматичної форми, що получили крени в різних напрямках - у поздовжньому, поперечному, складному, а також організаційно-технологічні способи управління процесом ліквідації кренів, які мають правовий захист на території України (патенти України №65455А та №40931). Вони полягають у наступному:

- для прискорення і при необхідності зміни напрямку нахилу пропонується: а) знижувати модуль деформації ґрунтів у ціликах та склепіннях між свердловинами регульованим зволоженням, для збільшення ефективності зволоження застосовувати гарячу воду з температурою 60-70^оС; б) виконувати часткове руйнування ціликів між свердловинами без виносу ґрунту;

- для зменшення інтенсивності процесу і при необхідності зміни напрямку нахилу й просторового переміщення будинку чи споруди застосовувати часткове тампонування необхідних частин свердловин.

Розроблені на рівні винаходу (патент України №42283) бурові верстати й технологічне оснащення показали досить високу надійність у роботі, забезпечують необхідні параметри буріння, продуктивність, зручність обслуговування, що сприяє успішному досягненню позитивного результату.

4. Розроблена методика розрахунків технологічних параметрів вирівнювання. Рівняння залежності між діаметрами та кроками горизонтальних свердловин отримано на підставі припущення про те, що для забезпечення повернення нерівномірно осілого фундаменту в горизонтальне положення необхідно, щоб об'єм вийнятого ґрунту дорівнював об'єму просторової епюри осідань.

5. Виконано порівняння фактичних результатів процесів вирівнювання з розрахунковими, котре показало достатній їх збіг, розходження склало 6%. Це дає підставу стверджувати, що розроблена методика проектування технологічних параметрів процесу вирівнювання відповідає вимогам ДБН і підтверджує достовірність отриманих результатів.

6. Економічним порівнянням двох можливих варіантів вирівнювання житлових будинків (за розробленою технологією та вирівнювання піддомкрачуванням) за декількома показниками підтверджена ефективність вирівнювання будинків розробленою технологією (методом горизонтального вибурювання ґрунту із основи) у розмірі 497,828 тис. грн., яка істотно відрізняється своєю простотою та меншими витратами ресурсів. Розроблена технологія впроваджена на 24 об'єктах на стадіях розробки проектів і їхньої реалізації при ліквідації кренів, з них: 15 - вирівнювання житлових будинків; 3 - вирівнювання ємнісних споруд; 6 - вирівнювання димарів висотою 50 - 100 м.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Самченко Р.В. Решение проблемы кренов зданий и сооружений / Р.В. Самченко // Будівництво України. - 2009. - №3. - С.17 - 20.

2. Самченко Р.В. Из опыта реконструкции накренившегося здания / И.В. Степура, В.С. Шокарев, А.В. Павлов, Р.В. Самченко // Будівельні конструкції. - К.: НДІБК, 2001. - Вип. 54. - С.629-634.

3. Самченко Р.В. Геотехнические аспекты защиты сооружений от деформаций / И.В. Степура, В.С. Шокарев, А.С. Трегуб, А.В. Павлов, Р.В. Самченко // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - 2001. - Вип. 2001 - 5(30). - С. 36-38.

4. Самченко Р.В. Особенности устранения крена газгольдера, возведенного на лессовых супесях / Р.В. Самченко // Будівельні конструкції. - К.: НДІБК, 2003. - Вип. 58. - С.386 - 391.

5. Самченко Р.В. Опыт устранения крена водонапорной башни / Р.В. Самченко // Будівельні конструкції. - К.: НДІБК, 2004. - Вип. 61, т.2. - С. 122 - 125.

6. Самченко Р.В. Об устранении кренов деформированных зданий / И.В. Степура, В.С. Шокарев, А.В. Павлов, Р.В Самченко // Будівельні конструкції. - К.: НДІБК, 2008. - Вип. 71, кн. 2. - С.119 - 129.

7. Самченко Р.В. О кренах сооружений и их восстановлении в проектное положение / И.В. Степура, В.С. Шокарев, А.В. Павлов, Р.В. Самченко, М.С. Рудой, В.А. Каруца // Вісник Донбаської національної академії будівництва та архітектури. - 2007. - Вип. 2007 - 6(68). - С. 23-27.

8. Самченко Р.В. Расчет технологических осадок при выравнивании зданий и сооружений методом выбуривания грунтов / В.С. Шокарев, И.В. Степура, А.С. Трегуб, А.В. Павлов, Р.В. Самченко // Будівельні конструкції. - К.: НДІБК, 2002. - Вип. 57. - С.342 - 346.

9. Самченко Р.В. Расчет осадок зданий при перфорации оснований / В.С. Шокарев, И.В. Степура, А.С. Трегуб, А.В. Павлов, Р.В. Самченко // Коммунальное хозяйство городов. - К.: Техніка, 2002. - Вип. 39. - С.243 - 247.

10. Самченко Р.В. Управление жесткостью основания при ликвидации кренов зданий и сооружений / В.С. Шокарев, И.В. Степура, А.С. Трегуб, А.В. Павлов, Р.В. Самченко // Будівництво та техногенна безпека. - Сімферополь: КАПКБ, 2002. - Вип. 6. - С.168 - 171.

11. Спосiб вирiвнювання будівель, споруд: Пат. України №65455А, Е 02Д 35/00, /Степура I.В., Шокарев В.С., Павлов А.В., Трегуб А.С., Самченко Р.В. (Україна) - №2003109485; Заява 21.10.2003; Опубл. 15.03.2004, Бюл. №3. - 2004. - 12с.

12. Спосіб вирівнювання будівель, споруд: Пат. України №40931, Е02D35/00, /Степура I.В., Шокарев В.С., Павлов А.В., Трегуб А.С., Самчен-ко Р.В., Степура С.І. (Україна) - №u200814530; Заява 17.12.2008; Опубл. 27.04.2009, Бюл. №8. - 2009. - 6с.

13. Установка для проходки в грунтах: Патент України №42283, Е21В3/00, /Степура I.В., Шокарев В.С., Павлов А.В., Самченко Р.В., А.С. Трегуб, Степура С.I. (Україна) - №u200901349; заява 18.02.2009, Бюл. №12. - 2009. - 6с.

АНОТАЦІЯ

Самченко Р.В. Удосконалення технології вирівнювання нахилених будівель горизонтальним вибурюванням грунту із основи. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.08 - технологія та організація промислового та цивільного будівництва. - Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Дніпропетровськ, 2009.

У дисертації викладено причини нахилів будівель та споруд і наслідки їх впливу на експлуатаційні характеристики.

Розроблена технологія вирівнювання будівель та споруд, яка полягає в послабленні перфорацією обмеженого по товщині шару основи під фундаментами горизонтальними свердловинами змінних параметрів.

Досліджені чинники, які впливають на процес вирівнювання нахилених будівель та споруд і за результатами дослідження розроблені рекомендації з раціонального вибору елементів технологічного процесу при усуненні кренів будівельних об'єктів.

Розроблені технології вирівнювання будівель призматичної форми, нахилених в різних напрямках - поздовжньому, поперечному та складному, а також споруд, які мають фундаменти круглої форми.

Запропоновані технології регулювання осідань фундаментів та керування просторовим положенням будівель та споруд.

Виготовлено технологічне обладнання для усунення кренів будівель та споруд. Розроблена методика розрахунку технологічних параметрів вирівнювання будівель та споруд.

Наведені приклади впровадження розробленої технології усунення кренів будівель призматичної форми та споруд круглої форми, в тому числі висотних - димових труб висотою до 100 м.

Дається оцінка техніко-економічної ефективності розробленої технології вирівнювання в порівнянні з технологією усунення кренів домкратними системами.

Ключові слова: удосконалення технології, нахилені будівлі та споруди, вирівнювання, горизонтальні свердловини, змінні параметри, осідання будівлі, буровий станок, технологічна карта, організаційно-технологічні рішення.

АННОТАЦИЯ

Самченко Р.В. Усовершенствование технологии выравнивания накренившихся зданий горизонтальным выбуриванием грунта из основания. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.08 - технология и организация промышленного и гражданского строительства. - Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», Днепропетровск, 2009.

В диссертации изложены причины кренов зданий, сооружений и последствия их влияния на эксплуатационные характеристики. Приведена эволюция методов регулирования пространственного положения зданий и сооружений. Рассматриваются технологические аспекты выравнивания зданий и их способы. При сравнении разных способов влияния на изменение пространственного положения зданий и сооружений предпочтение отдается способам регулирования технологических осадок путем неравномерной деформации основания непосредственно под фундаментом. Наиболее перспективным является способ частичной выемки грунта из основания накренившихся зданий и сооружений.

Разработана технология выравнивания зданий и сооружений, которая заключается в ослаблении ограниченного по толщине слоя основания под фундаментами горизонтальными буровыми скважинами переменных параметров.

Исследованы факторы, которые влияют на процесс выравнивания накренившихся зданий, сооружений и по результатам исследования разработаны рекомендации по рациональному выбору элементов технологического процесса при устранении кренов строительных объектов. Установлено, что основными технологическими параметрами, от которых зависит осадка здания, являются: диаметр, шаг, количество рядов скважин, а также физико-механические характеристики грунтов основания.

Разработаны технологии выравнивания зданий призматической формы, накренившихся в разных направлениях - продольном, поперечном, сложном, и сооружений, которые имеют фундаменты круглой формы. Предложены технологии регулирования осадок фундаментов и технологии управления пространственным положением зданий и сооружений. Ускорение процесса изменения крена выполняют поэтапным управляемым дозированным увлажнением грунта вокруг скважин холодной водой, а изменение направления технологических осадок производят увлажнением стенок скважин горячей водой с температурой более 60^оС.

Однако, ускорение технологических осадок, в грунтовых условиях, основания которых сложены прочными, слаборазмокаемыми грунтами (мергели), рекомендуется выполнять путем разрушения целиков грунта между скважинами без выноса его на поверхность. Уменьшение динамики технологических осадок зданий и сооружений предложено выполнять регулируемым тампонированием соответствующих зон горизонтальных ступенчатых скважин. Изготовлено малогабаритное технологическое оборудование для устранения кренов зданий и сооружений.

Разработана методика расчета технологических параметров выравнивания деформированных строительных объектов. Уравнение зависимости между технологическими параметрами получено на основании равенства объемов выбуренного грунта и объема пространственной эпюры осадок. Выполнено сравнение фактических результатов процесса выравнивания с рачетными, которое показало достаточно высокую их сходимость, расхождение составило 6%. Это дает основание утверждать, что разработанная методика расчета проектирования технологических параметров выравнивания соответствует требованиям строительных норм и правил, а также подтверждает достоверность полученных результатов.

Приведены примеры внедрения разработанной технологии устранения кренов зданий призматической формы и сооружений круглой формы, в том числе высотных - дымовых труб высотой до 100 м. Дается оценка технико-экономической эффективности разработанной технологии выравнивания в сравнении с технологией устранения кренов домкратными системами. При этом выполнен сравнительный анализ на основании сводных сметных расчетов стоимости, по которым производилось реальное финансирование работ по выравниванию двух 9-этажных блок-секций в 2007 году на одной строительной площадке. Сравнивая технико-экономические показатели по двум указанным вариантам, экономический эффект при выравнивании методом выбуривания грунта из основания для одной блок-секции составляет 497,828 тыс. грн. за счет снижения трудоемкости работ и затрат ресурсов.

Ключевые слова: усовершенствование технологии, накренившиеся здания и сооружения, выравнивание, горизонтальные скважины, переменные параметры, осадки здания, буровой станок, технологическая карта, организационно-технологические решения.

SUMMARY

Samchenko R.V. Improvement alignment technology of tilted buildings by method of horizontal drilling out of soil from the base. - The manuscript.

Thesis for the Scientific Degree of a candidate of science (technics) by speciality 05.23.08 - technology and organization of industrial and civil engineering. - State higher educational establishment “Prydniprovs'ka state academy of civil engineering and architecture”, Dnepropetrovsk, 2009.

The reason of buildings tilts and consequence of their influence on operational characteristics is presented in the dissertation.

The concept of alignment of buildings and constructions which consists in abatement by perforation of layer of base limited on a thickness under the foundations by horizontal boreholes of variable parametres is developed.

Factors which influence on process of alignment of the tilted buildings, constructions are investigated and recommendations about a rational choice of elements of technological process at elimination of tilts of building object is developed by results of research.

Technologies of buildings alignment of prismatic form inclined in different directions - longitudinal, cross-section and difficult and constructions which have the foundations of the round form are developed.

Technologies of regulation of foundation settlements and management of spatial position of buildings and constructions are developed.

The process equipment is designed for elimination of buildings and constructions tilts.

The design procedure of technological parameters of alignment of buildings and constructions is developed.

Examples of implementation of the developed technology of tilts elimination of buildings of prismatic form and constructions of the round form are presented including high-rise - chimneys in height to 100 m.

The analysis of technical and economic efficiency of the developed technology of alignment in comparison with technology of elimination of tilts by jack systems is given.

Key words: improvement technology, tilted buildings and constructions, alignment, horizontal boreholes, variable parameters, buildings settlements, boring machine, technological map, organizational-technological decisions.

Размещено на Allbest.ru

...