Использование заглубленных строительных конструкций для ликвидации аварийной ситуации объекта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование заглубленных строительных конструкций для ликвидации аварийной ситуации объекта

Мухин М.С.

Аннотация

Рассмотрен случай необдуманного строительства двухэтажного кирпичного здания, в зоне геотехнического влияния эксплуатируемого здания и приведшего его в аварийное состояние. Своевременно принятые противоаварийные мероприятия включающие усиление основания с помощью буроинъекционных свай-ЭРТ и страховочных мероприятий как устройство предварительно напряженных затяжек из 8 рядов высокопрочной арматуры, ограждающей подпорной стены из 2-х рядов буроинъекционных свай-ЭРТ 0 350 мм изготовленных по электроразрядной технологии со стороны алтаря, позволили сохранить памятник архитектуры федерального здания от обрушения. кирпичный здание буроинъекционный свая

Ключевые слова: деформационные трещины, скорость деформаций, буроинъекционная свая, электроразрядная технология, чрезвычайная комиссия.

Abstract

Mukhin M.S.

USE OF BURIED BUILDING STRUCTURES TO ELIMINATE EMERGENCY SITUATION OF FACILITY

The case of the ill-considered construction of a two-storey brick building in the zone of geotechnical influence of the operated building and which brought it into an emergency condition is considered. Timely emergency measures taken, including strengthening the base with the help of drill-injection piles-ERTS and safety measures as a device of prestressed puffs from 8 rows of high-strength reinforcement enclosing a retaining wall from 2 rows of drill-injection piles- ERTS 0 350 mm made using electric discharge technology from the altar side, allowed to preserve the architectural monument of the federal building from collapse.

Keywords: deformation cracks, deformation rate, boron injection pile, electric discharge technology, emergency commission.

Любое предполагаемое строительство [1 - 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15] в зоне геотехнического влияния требует особого рассмотрения, как на этапе принятия проектного решения, так и на этапе возведения. Должны быть проанализированы все возможные строительные риски. В настоящей статье приводится наглядно демонстрирующий пример пренебрежения законами механики грунтов, геотехники и технологии возведения зданий и сооружений, в результате чего возникла аварийная ситуация.

Так в 2004 г. в апреле на наружных стенах здания Чебоксарского кафедрального Введенского собора появились вертикальные трещины (рис. 1) деформационного характера. Первые дефекты появились на уровне чердака на стенах северной и южной частях Собора, т.е. здание храма раскололось на две части. Скорость раскрытия трещин достигла 10^15 мм/сутки. Создалась аварийная ситуация, приведшая к возможному его обрушению. Оперативно созданная чрезвычайная комиссия констатировала причиной аварийных деформаций Собора и влиянием строительства здания резиденции Владыки Чебоксарской и Чувашской епархии со стороны алтаря на близком расстоянии от храма. Возведение двухэтажного кирпичного здания на ленточных фундаментах со сборными многопустотными плитами перекрытий было начато осенью 2003 г.

В апреле 2004 г. оно имело только фундаменты без перекрытия цокольного этажа, т.е. его основание на протяжении всего зимнего периода 2003-2004 г. г. находилось в промороженном состоянии. Таким образом, деформация Собора началась как раз на период оттаивания основания.

Рис. 1. Трещина над оконным проемом храма (северный фасад).

Комиссия установила, что, скорее всего, здание Собора пришло в движение в результате процесса выдавливания грунтов из-под подошвы фундаментов.

Оперативно организованы следующие мероприятия: геотехнический мониторинг за развитием трещин (см. рис. 2), обследование технического состояния аварийного здания, с целью выявления остаточной несущей способности, а также инженерно-геологические изыскания.

Рис. 2. График раскрытия деформационной трещины на уровне карниза стены северного фасада (маяк 1).

Сооружение Введенского Кафедрального Собора (1651г.) представляет собой кирпичное здание, с размерами в плане 37,4x35,3 м (см. рис. 1). Оно состоит из основной части - храма высотой 13 м с апсидой высотой до 4,5 м, трех приделов с апсидами. Высоты приделов 4,2 - 4,5 метров. Апсида представляют собой полукруглые в плане выступы, перекрытые сводом и ориентированные на восток.

Фундаменты Собора мелкого заложения - ленточные бутовые на известковом растворе. Глубина заложения 2,0 - 2,4 м.

Одним из пунктов осуществления противоаварийных мероприятий - это разработка рабочего проекта усиления основания фундаментов.

По результатам изысканий, выполненных ГУП «ЧувашГИИЗ» в 2004 г., на территории Введенского собора залегают следующие инженерногеологические элементы(ИГЭ): ИГЭ 1 -- насыпной грунт (tQ IV), залегающий до глубины 0,8-1,8 м. Распространен повсеместно вокруг зданиявне основания фундамента, ИГЭ 2 -- лессовый суглинок (prQIII), обладающий просадочными свойствами на всю глубину, в основном тугопластичной консистенции (с числом пластичности 2^=9%).Распространен по всей площадке до глубины 4,06,5 м. Величина его относительной просадочностиє5/ изменяется от0,01 до 0,032 при замачивании под нагрузкой 0,2 МПа, а начальное просадочное давление Psi -- от 0,055 до 0,2 МПа.Тип грунтовых условий по просадочности -- первый, ИГЭ 2а -- лессовый суглинок (prQIII) мягко-текучепластичный консистенции, в целом непросадочньїй^і = 0,0072), сохраняющий слабые просадочные свойствав редких малых объемах грунта. Распространен преимущественно в восточной части площадки, ИГЭ 3 -- пролювиально-делювиальный суглинок(pdQ III) от полутвердой до тугопластичной консистенции,в восточной части -- мягкопластичной консистенции. Залегает повсеместно,увеличиваясь по мощности до 4,5 м в северной частиплощадки, ИГЭ 4 -- дресва и щебень (pdQIII) с песчанисто-суглинистым заполнителем, ИГЭ 5 -- глинистый алеврит (P2t). Вскрыт вюжной части. Имеет мощность около 1,0 м, ИГЭ 6 -- пылеватый песок (Р21) с прослойками мелкого песка.

Рис. 3. Инженерно-геологический разрез.

Анализируя результаты инженерно-геологических изысканий, можно сделать вывод об ухудшении физико-механический свойств грунтов основания. Особо следует обратить внимание на низкое значение модуля общей деформации Ео=2,1 МПа, для слоя 2а -суглинка лессового мягкотекучепластичного консистенции (PrQш). Решением чрезвычайной комиссии по разработке противоаварийных мероприятий поручено НПФ «ФОРСТ» разработку проекта усиления основания фундаментов здания Собора, включая приделы и алтарь. Рассматривались два типа буроинъекционных свай: это буроинъекционныесваи изготавливаемые без уплотнения стенок скважины и буроинъекционные сваи с уплотнением грунта стенок скважины - это сваи - ЭРТ. Определяющим фактором принятия решения по выбору типа буроинъекционной сваи явилась их несущая способность. Так несущая способность буроинъекционной сваи-ЭРТ по грунту превышает ориентировочно на 65 % несущую способностьбуроинъекционной сваи без уплотнения стенок скважины.

Исходя, из вышесказанного количество свай без уплотнения составляет в 1,6 раза больше буроинъекционных свай-ЭРТ. Учитывая, что стоимость одного п/м вышеназванных свай ненамного отличается друг от друга, стоимость работ по усилениюоснования возросла бы в 1,6раза.

Анализируя предыдущее, в качестве варианта усиления принята буроинъекционная свай-ЭРТ, длиной 11м (с учетом заделки в коренные грунты и прохождения колонковым бурением тела фундамента глубиной 2,5 м 0 180 мм. При этом количестве сваи в пределах площади Собора различное, например: под апсидой 2 сваи/м, под стенами храма - 4 сваи/м, под стенами сводов - 16 свай. Всего запроектировано более 800 буроинъекционных свай- ЭРТ (см. рис. 4).

Гипотеза, предложенная нами о том, что деформация Собора произошла в результате выдавливания грунта из-под подошвы фундаментов подтвердилась в процессе производства работ по усилению основания. Она оказалась справедливой для участка плана Собораот стены иконостаса до алтаря включительно (см. рис. 3) (в сторону пристроя резиденции Владыки). Вероятность выдавливания оказалась высокой, вследствие наличия под подошвой фундаментов Собора суглинка мягкотекучепластичной консистенции с модулем общей деформации Е0 =2,1 МПа.

а)

б) в)

г)

)

Рис. 4. Схема расположения буроинъекционных свай при усилении основания и фундаментов Введенского собора. Условные обозначения: точки красного и черного цветов - буроинъекционные сваи усиления основания и фундамента, точки зеленого цвета - буроинъекционные сваи подпорной стенки с восточной стороны храма. а - план свай - ЭРТ, б, в, г, д - фрагменты с сечениями 1-1, 2-2, 3-3, 4-4.

При устройстве буроинъекционных свай-ЭРТ [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 вдоль стены иконостаса обнаружены сверхнормативные расходы мелкозернистого бетона. Так, например, при геометрическом объеме сваи ~ 0,3 м3 расход бетона доходил до 5,0 м3. Следует отметить на отсутствие убывания уровней в скважинах заполненных бетоном до электрогидравлической обработки. При электрогидравлической обработке на уровне подошвы фундаментов обнаружено резкое понижение уровней, что подтверждает наличие пустот под подошвой, тем самым происходит заполнение пустот мелкозернистым бетоном. В результате произведенных работ по устройству буроинъекционных свай-ЭРТ одновременно произошло цементационное закрепление основания фундаментов стены иконостаса и алтаря (см. рис. 5).

Одновременно (опять же из предпосылки выдавливания грунта из-под подошвы фундаментов) разработан проект ограждения грунта из двух рядов буроинъекционных свай с шагом 0,5 м между ними 0 350 мм с устройством обвязочным поясом по верху свай (см. рис. 4а), а также выполнено усиление здания с помощью предварительно напряженных затяжек из восьми рядов на уровне карниза.

Рис. 5. Зона цементационного закрепления основания.

Выводы

Рассмотренная аварийная ситуация возникла в результате строительства здания резиденции Владыки Чебоксарской и Чувашской епархии в зоне геотехнического влияния, следствием этого в апреле 2004 года на наружных поверхностях стен здания Чебоксарского Введенского кафедрального Собора появились вертикальные трещины деформационного характера. Возникшие дефекты на уровне чердачных перекрытий и резвившееся далее на северных и южных фасадах раскололи здание на две части в направлении «запад-восток».

Таким образом, возникла угроза обрушения здания Чебоксарского Введенского кафедрального Собора.

Скорость развития трещин установилась в интервале 10^15 мм/сутки. Срочно созданная чрезвычайная комиссия по разработке противоаварийных мероприятий по спасению памятника истории и культуры федерального значения установила, что причиной деформации Собора явилось влияние строительства здания резиденции Владыки Чебоксарской и Чувашской епархии рядом с храмом. Срочно произведены работы: 1) инженерногеологические изыскания, 2) обследовано техническое состояние здания Собора, 3) разработаны противоаварийные мероприятия включающие усиление основания фундаментов, усиление здания с помощью предварительно напряженных затяжек из 8-ми рядов высокопрочной винтовой арматуры по наружному периметру на уровне карниза.

В результате проведенных инженерно-геологических изысканий н результатов технического обследования выявлено наличие полостей под подошвой фундаментов восточных частей здания (стена с царскими вратами, стены алтаря).

Осуществление разработанных противоаварийных мероприятий позволили предотвратить предаварийную ситуацию. При достижении раскрытия максимальной трещины до 357 мм деформации Собора прекратились. Собор эксплуатируется до сих пор безаварийно.

Список литературы

1. Петров М.В., Соколов Н.С., Иванов В.А. Проблемы расчета буроинъекционных свай, изготовленных с использованием разрядноимпульсной технологии / Материалы 8-й Всероссийской (2-й Международной) конференции «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции» -НАСКР-2014). Чебоксары: Изд во Чувашского университета, 2014.С. 415-420.

2. Соколов Н.С., Рябинов В.М. Об одном методе расчета несущей способности буроинъекционных свай ЭРТ // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2015. № 2. С. 10-13.

3. СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов. М.: Госстрой России, 2004.

4. Улицкий В.М. Геотехническое сопровождение реконструкции городов. М.: Изд-во АСВ. 1999. 327 с.

5. Соколов, Н. С. Проблемы расчета буроинъкционных свай, изготовленных с использованием разрядно-импульсной технологии / Н. С. Соколов, М. В. Петров, В. А. Иванов // Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции : Материалы VIII Всероссийской (II Международной) конференции, Чебоксары, 20-21 ноября 2014 года / Редакционная коллегия: Н.С. Соколов (отв. редактор), Д.Л. Кузьмин (отв. секретарь), А.Н. Плотников, Л.А. Сакмарова, А.Г. Лукин, В.Ф. Богданов, В.И. Тарасов. - Чебоксары: Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова, 2014. - С. 415-420.

6. Соколов, Н. С. Мелкозернистый бетон как конструкционный строительный материал буроинъекционных свай ЭРТ / Н. С. Соколов, С. Н. Соколов, А. Н. Соколов // Строительные материалы. - 2017. - № 5. - С. 16-19.

7. Патент на полезную модель № 161650 U1 Российская Федерация, МПК E02D 5/34, E02D 5/44. Устройство для камуфлетного уширения набивной конструкции в грунте : № 2015126316/03 : заявл. 01.07.2015 :опубл. 27.04.2016 / Н. С. Соколов, Х. А. Джантимиров, М. В. Кузьмин [и др.] , заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова".

8. Соколов, Н. С. Один из случаев усиления основания деформированной противооползневой подпорной стены / Н. С. Соколов // Жилищное строительство. - 2021. - № 12. - С. 23-27.

9. Патент № 2605213 C1 Российская Федерация, МПК E02D 5/34. Способ возведения набивной конструкции в грунте : № 2015126349/03 : заявл. 01.07.2015 :опубл. 20.12.2016 / Н. С. Соколов, Х. А. Джантимиров, М. В. Кузьмин [и др.] , заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова".

10. Патент № 2282936 C1 Российская Федерация, МПК H03K 3/53. Генератор импульсных токов : № 2005102864/09 : заявл. 04.02.2005 :опубл. 27.08.2006 / Ю. П. Пичугин, Н. С. Соколов , заявитель Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "ФОРСТ".

11. Патент № 2318960 C2 Российская Федерация, МПК E02D 5/34. Способ возведения набивной сваи : № 2005140716/03 : заявл. 26.12.2005 :опубл. 10.03.2008 / Н. С. Соколов, В. М. Рябинов, В. Ю. Таврин, В. А. Абрамушкин.

12. Никонорова, И. В., Соколов Н.С. Хозяйственное освоение зоны влияния Чебоксарского водохранилища / И. В. Никонорова, Н. С. Соколов // Управління водними ресурсами в умовахзмін клімату: Матеріали міждународної науково- практичної конференції, Киев, 21 марта 2017 года. - Киев: Інститут водних проблем і меліорації НААН, 2017. - С. 71-72.

13. Соколов, Н. С. Определение несущей способности буроинъекционных свай-РИТ со сформированными "подпятниками" / Н. С. Соколов // Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции : материалы I Международной (VII Всероссийской) конференции, Чебоксары, 14-15 ноября 2012 года. - Чебоксары: Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова, 2012. - С. 289-292.

14. Соколов, Н. С. Об ошибочном способе устройства буроинъекционных свай с использованием электроразрядной технологии / Н. С. Соколов, С. Н. Соколов, А. Н. Соколов // Жилищное строительство. - 2016. - № 11. - С. 20-28.

15. Патент № 2250957 C2 Российская Федерация, МПК E02D 5/34, E02D 5/44. Способ изготовления набивной сваи : № 2003121751/03 : заявл. 14.07.2003 :опубл. 27.04.2005 / В. Ю. Таврин, Н. С. Соколов, В. А. Абрамушкин , заявитель Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма ФОРСТ". Цит.10

Размещено на Allbest.ru