способ управления креном и осадкой массивного сооружения

Формула изобретения

Способ управления креном и осадкой массивного сооружения, включающий выполнение в массивной плите фундамента сооружения сквозных сопел, установку гидродомкратов двойного действия, которые за один цикл вдавливают сыпучий материал в основание под фундаментом на ход поршня гидродомкрата, а затем возвращаются в исходное положение, причем циклы процесса продолжаются до тех пор, пока несущая способность основания не превысит вертикальное сжимающее усилие, создаваемое массой всего сооружения, и фундамент сооружения не начнет выдавливаться вверх из грунта, отличающийся тем, что в массивной плите фундамента сооружения выполняют расширяющиеся книзу центральное и боковые, размещенные симметрично от центрального сопла, вкладывают в каждое сопло стальное анкерное кольцо, состоящее из двух полуколец, устанавливают над соплом домкратную балку и соединяют ее с анкерным кольцом анкерными болтами, а гидродомкраты двойного действия размещают между фундаментной балкой и каждым соплом и соединяют их поршни с домкратной балкой, обратным ходом подтягивают гидродомкрат к домкратной балке, заполняют сопла сыпучим материалом до опорной плиты гидродомкрата, повторяющей своим контуром профиль сечения входа сопел, группой гидродомкратов двойного действия, находящихся в зоне максимальной осадки плиты массивного сооружения, упрочняют грунтовое основание, постепенно уменьшают крен массивного сооружения, действуя синхронно группой гидродомкратов, по мере уменьшения крена сооружения подключают следующие дополнительные группы гидродомкратов двойного действия, увеличивая зону упрочнения грунтового основания под подошвой плиты по площади и циклы продолжают до полной ликвидации крена массивного сооружения и до включения в работу всех гидродомкратов по всей площади подошвы плиты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а в частности к управлению пространственным положением строительных сооружений и конструкций, получивших крен в результате неравномерной осадки грунтового основания.

Наиболее близким к изобретению является cпособ управления креном и осадкой массивного сооружения, включающий выполнение в массивной плите фундамента сооружения сквозных сопел, установку гидродомкратов двойного действия, которые за один цикл вдавливают сыпучий материал в основание под фундаментом на ход поршня гидродомкрата, а затем возвращаются в исходное положение, причем циклы процесса продолжаются до тех пор, пока несущая способность основания не превысит вертикальное сжимающее усилие, создаваемое массой всего сооружения, и фундамент сооружения не начнет выдавливаться вверх из грунта (см. DE 4129995 А1, E 02 D 35/00, 27/34, 11.03.1993).

Недостатком данного способа является то, что он трудоемок и мало эффективен при упрочнении грунтового основания под массивным сооружением.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности управления креном массивного высотного сооружения.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе управления креном и осадкой массивного сооружения, включающем выполнение в массивной плите фундамента сооружения сквозных сопел, установку гидродомкратов двойного действия, которые за один цикл вдавливают сыпучий материал в основание под фундаментом на ход поршня гидродомкрата, а затем возвращаются в исходное положение, причем циклы процесса продолжаются до тех пор, пока несущая способность основания не превысит вертикальное сжимающее усилие, создаваемое массой всего сооружения, и фундамент сооружения не начнет выдавливаться вверх из грунта, согласно изобретению в массивной плите фундамента сооружения выполняют расширяющиеся книзу центральное и боковые, размещенные симметрично от центрального, сопла, вкладывают в каждое сопло стальное анкерное кольцо, состоящее из двух полуколец, устанавливают над соплом домкратную балку и соединяют ее с анкерным кольцом анкерными болтами, а гидродомкраты двойного действия размещают между фундаментной балкой и каждым соплом и соединяют их поршни с домкратной балкой, обратным ходом подтягивают гидродомкрат к домкратной балке, заполняют сопла сыпучим материалом до опорной плиты гидродомкрата, повторяющей своим контуром профиль сечения входа сопел, группой гидродомкратов двойного действия, находящихся в зоне максимальной осадки плиты массивного сооружения, упрочняют грунтовое основание, постепенно уменьшают крен массивного сооружения, действуя синхронно группой гидродомкратов, по мере уменьшения крена сооружения подключают следующие дополнительные группы гидродомкратов двойного действия, увеличивая зону упрочнения грунтового основания под подошвой плиты по площади, и циклы продолжают до полной ликвидации крена массивного сооружения и до включения в работу всех гидродомкратов по всей площади подошвы плиты.

Технический результат изобретения заключается в том, что процесс устранения крена массивного сооружения механизирован и даже автоматизирован. Ликвидация крена сооружения выполняется одним оператором с одного пульта. В процессе устранения крена оператор получает непрерывную информацию от контролирующей группы, определяющей приборами величину крена и скорость его устранения. Оператор, используя геодезические данные о изменении крена сооружения, включает ту или иную группу гидродомкратов, минимизируя величину крена массивного сооружения. Гарантирована безопасность работ, так как в момент вдавливания сыпучего материала под плиты сооружения рабочие в опасной зоне отсутствуют. Постепенное повышение прочности грунтового основания также повышает безопасность работ. Способ управления креном и осадкой массивного сооружения позволяет не только устранить имеющийся крен, но и создать безопасный крен в противоположную сторону. Изменение и выправление крена сооружения может быть выполнено многократно.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показано массивное сооружение, получившее крен при неравномерной осадке грунтового основания; на фиг.2 - фундаментная плита в плане; на фиг.3 - узел установки гидродомкратов двойного действия.

Способ осуществляют следующим образом.

Массивное сооружение имеет железобетонную или иную фундаментную плиту 1, воспринимающую массу сооружения и распределяющую вертикальное давление по всей подошве плиты 1. В плите 1 бурят сквозные сопла 2, расширяющиеся книзу. Верхнюю часть каждого сопла выполняют цилиндрической, нижнюю - конической. В зоне сопряжения цилиндрической и конической частей выполняют кольцевой буртик. Над соплом 2 установливают домкратную крестообразную балку 3, опирающуюся через полые трубчатые колонны 4 на фундаментную плиту 1. Консоли домкратной балки 3 соединяют тягами 5 с анкерным кольцом 6. Каждую из тяг 5 пропускают сквозь консоль домкратной балки 3, полую трубчатую колонну 4, через плиту 1 в специальной штрабе в ней и через анкерное кольцо 6. Анкерное кольцо 6 выполняют для удобства монтажа из двух полуколец, соединенных друг с другом болтовым соединением. Диаметр цилиндрической части сопла 2 выполняют равным 1. . . 1,2 м, что позволяет опуститься в сопло монтажнику для подвески анкерного кольца 6 к тягам 5.

Последовательность монтажа:

- механизировано в плите 1 бурят сопла 2;

- устанавливают колонны 4 и крестообразную фундаментную балку 3;

- на временные опоры (не показано) в сопло 2 опускают два полукольца и соединяют друг с другом в единое анкерное кольцо 6;

- сверху в отверстия в консолях домкратной балки опускают тяги 5;

- на нижние концы тяг, прошедшие сквозь кольцо 6, навинчивают крепежные гайки 7;

- временные опоры кольца (не показано) демонтируют;

- сопло заполняют щебнем или другим сыпучим материалом;

- устанавливают на щебень гидродомкрат 8 двойного действия и соединяют его поршень 9 анкерными болтами 10 с центром домкратной балки 3;

- в такой же последовательности монтируют оборудование в остальных соплах;

- объединяют гидродомкраты в группы и каждую из групп соединяют маслопроводом со своей насосной станцией;

- систему управления гидродомкратами выводят на единый пульт;

- в соответствии с программой управления креном массивного сооружения, например, Пизанской башни, оператор с пульта управления включает группу гидродомкратов, находящихся в зоне максимальной осадки плиты массивного сооружения, и каждый из гидродомкратов группы вдавливает порцию щебня под одну или другую часть массивной плиты 1, упрочняя этим грунтовое основание этой зоны под плитой;

- после вдавливания под плиту 1 очередной порции щебня оператор включает обратный ход гидродомкрата и подтягивает его к домкратной балке 3, освобождая место для очередной порции щебня, полость заполняется щебнем, и очередная порция щебня вдавливается под плиту;

- по мере упрочнения грунтового основания под плитой в работу включают дополнительные гидродомкраты и зона упрочнения грунтового основания увеличивается по площади;

- циклы продолжают до тех пор, пока прочность грунтового основания под плитой в зоне ее максимальной осадки увеличится до такой величины, что при вдавливании очередной порции щебня произойдет перераспределение напряжений контактного взаимодействия плиты с грунтовым основанием и этот наиболее осевший край плиты начнет выжиматься вверх;

- контролируя крен башни, продолжают вдавливать очередные порции щебня со стороны максимальной осадки плиты, постепенно включая новые гидродомкраты и предотвращая осадку башни со стороны минимальной осадки плиты;

- циклы продолжают до полной ликвидации крена башни и до включения в работу всех гидродомкратов по всей площади фундаментной плиты;

- контролируя осадку и крен башни, продолжают вдавливать порции щебня всеми гидродомкратами, упрочняя грунтовое основание по всей площади фундаментной плиты;

- циклы продолжают до тех пор, пока осадка массивного сооружения не начнет уменьшаться и оно не начнет выдавливаться из грунта;

- для привлечения потока туристов принудительно дают массивному сооружению обратный уклон от первоначального несколько меньшей величины, чем был ранее;

- выключают группу гидродомкратов со стороны бывшей минимальной осадки фундаментной плиты и, не допуская ее осадку, включают гидродомкраты со стороны бывшей максимальной осадки;

- циклы продолжают до установки проектного крена массивного сооружения в противоположную сторону от первоначального и на 5...10% меньше первоначального;

- продолжают контролировать крен массивного сооружения и в случае его возрастания производят корректировку крена описанным выше способом.

Пример конкретной реализации.

Пусть необходимо управлять креном и осадкой Пизанской башни. Известно, что Пизанская башня построена более 900 лет тому назад. Высота башни 56 м. Уже в начале строительства башня начала неравномерно осаживаться и в настоящее время ее отклонение от вертикали достигает огромной величины - 4,5 м, то есть башня имеет крен от вертикали, равный =4,6^o. Такой же крен и у фундаментной плиты. Принимая диаметр башни d=16 м, площадь фундаментной плиты составит



Длина периметра стен d = 16 = 50,3 м. Принимая толщину стен равной 1 м, объемная масса стен составит 2,4 т/м³. Объем стен равен V=50,3156=2815 м³. Масса стен m28152,4= 6755,7 т. Массу всей башни принимают в 2 раза большей m6755,72= 13511,4 т. Управление креном осадкой башни производят двадцатью девятью пятисоттонными гидродомкратами двойного действия. Ориентировочное число домкратов



Домкраты распределяют по площади фундаментной плиты в соответствии с нагрузками на плиту, то есть в основном по контуру плиты (фиг.2). В первую группу объединяют 9 гидродомкратов со стороны максимальной осадки плиты. Во вторую центральную группу объединяют 5 гидродомкратов, находящихся справа от центрального. В третью группу - 5 гидродомкратов, находящихся слева от центрального. В четвертую группу - 9 гидродомкратов, находящихся в зоне минимальной осадки плиты.

Последовательность подготовительных работ по управлению креном и осадкой массивного сооружения

При выполнении работ постоянно осуществляют контроль за креном сооружения и осадкой реперов, установленных по контуру сооружения. Бурение скважин и установка гидродомкратов начинается со стороны максимальной осадки поочередно. После оснащения первого сопла всеми элементами сопло засыпают щебнем и производят первоначальное обжатие щебня для исключения возникновения дополнительного крена сооружения во время производства работ. После окончания монтажа гидродомкратов первой группы производят дополнительное обжатие щебня домкратами этой группы для повышения безопасности работ. Производят бурение и оснащение сопел второй и третьей центральных групп гидродомкратов. Домкраты в соплах включают в работу последовательно во второй и третьих группах симметрично относительно центра. После оснащения очередного сопла и засыпки его щебнем для повышения безопасности работ производят предварительное обжатие щебня домкратом.

После окончания работы всех домкратов второй и третьей группы производят дополнительное обжатие щебня домкратами центральных групп. В последнюю очередь бурят и оснащают сопла четвертой группы.

Таким образом, предварительные работы завершены и в назначенный день после сбора туристов производят выравнивание крена башни.

Упрочнение грунтового основания и уменьшение крена башни до нуля

Упрочнение грунтового основания производят в первую очередь со стороны максимальной осадки фундаментной плиты сооружения, то есть домкратами первой группы.

Во время работы домкратов первой группы возможно не только некоторое выправление крена башни, но и возникновение крена вправо или влево. Устранение крена вправо достигается включением в работу второй правой группы домкратов, влево - третьей левой группы домкратов. Одновременное включение в работу левой (третьей) и правой (второй) групп домкратов позволяет упрочнить грунтовое основание слева и справа. Во время упрочнения грунтового основания со стороны максимальной осадки плиты может возникнуть дополнительная осадка части плиты, где осадки минимальны (четвертая группа домкратов). Такие осадки допустимы, так как они способствуют устранению крена всего сооружения. Пo мере уменьшения крена сооружения до нуля включают четвертую группу домкратов, не допуская осадки фундаментной плиты сооружения по отношению к первоначальной. Следовательно, выправление крена сооружения происходит из-за поворота фундаментной плиты 1 вокруг оси , проведенной по грани плиты со стороны минимальных осадок (фиг.2).

После уменьшения крена сооружения до нуля включают в работу гидродомкраты четвертой группы и упрочняют грунтовое основание в зоне минимальных осадок. Упрочнение грунта производится до появления минимального крена в сторону бывшего максимального крена, что свидетельствует о полном восстановлении прочности грунтового основания по всей площади фундаментной плиты.

Создание искусственного крена сооружения в обратную сторону

Обратный крен сооружения можно создать для привлечения туристов. Для устойчивости и надежной эксплуатации сооружения обратный крен должен быть меньше первоначального. Отклонение башни от вертикали должно быть 3...3,5 м, что меньше существующего (4,5 м), и составляет 3..3,6^o, что меньше существующего 4,6^o.

Для создания обратного крена сооружения включают первую и центральную группы домкратов. Центральная группа домкратов выдавливает под фундаментную плиту порцию щебня по объему в два раза меньше, чем первая группа. Четвертую группу домкратов включают в работу только в том случае, если осадка этой зоны увеличивается.

Таким образом, после завершения работ несущая способность основания будет полностью восстановлена и для привлечения туристов будет создан искусственный крен сооружения в противоположную сторону.

Высота башни увеличивается примерно на 1,2...1,3 м.

При необходимости башня может быть выдавлена из грунта дополнительно.

Экономический эффект от разработанного способа - исключение обрушения исторического памятника или дорогостоящего массивного сооружения.