Общие положения. Территории, под которыми выполняют или намечают вести подземные горные разработки угля или других ископаемых, называют подрабатываемыми. Этим территориям вследствие выемки нижних пластов свойственны оседания, прогибы, наклоны, горизонтальные смещения и другие деформации, вызывающие значительные повреждения или разрушения зданий и сооружений, расположенных на них.
Прочность, устойчивость и надежность в эксплуатации зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, обеспечивают специальными мероприятиями.
Исходными данными для проектирования построек на подрабатываемых территориях являются максимальные значения прогнозируемы деформаций земной поверхности на участке строительства в направлении продольной и поперечной осей проектируемого здания. Подрабатываемые территории в зависимости от прогнозируемых деформаций земной поверхности разделяют на четыре группы (табл. XXIV-1).
Таблица XXIV-1. Группы подрабатываемых территорий | |||
Группы территорий | Прогнозируемые деформации земной поверхности | ||
относительные горизонтальные е - Ю3 (или мм/м) | радиус кривизны R\, км | наклон МО3, рад (или мм/м) | |
I II III IV | 12>е>8 8>е> 5 5>е>3 3>s>0 | 1<Я<3 3<R<7 7<Я<12 12</?<оо | 20»<>10,10»1>7 7Ы>5 5>г>0 |
Мероприятия по дополнительному обеспечению нормальной эксплуатации зданий и сооружений на территориях, где прогнозируемые деформации незначительны (е<1, R>20 и i<3), обычно не предусматривают, за исключением объектов, особо чувствительных к неравномерным деформациям.
При строительстве на подрабатываемых территориях предпочтение отдают зданиям небольшой площади, без выступов и пристроек. Здания большой протяженности разделяют на отсеки, что уменьшает усилия в конструкциях, и они меньше повреждаются под воздействием осадок горных выработок. Длину отсеков назначают в зависимости от интенсивности деформаций земной поверхности, принятой конструктивной схемы здания, типа конструкции и характеристик грунта.
Сохранность и надежность зданий и сооружений, расположенных на подрабатываемых территориях, обеспечивают комплексом мероприятий. Главными из них являются: правильный выбор территории под строительство и соответствующая планировка застраиваемого участка; уменьшение деформаций земной поверхности с помощью горнотехнических мер защиты: применение в зданиях и сооружениях специальных конструктивных и строительных защитных мер.
Выбор площадки под строительство и ее планировка. Площадки под строительство должны удовлетворять следующим условиям; прогнозируемые деформации земной поверхности на них ожидаются минимальные; не допускается использовать для этого площадки, расположенные в зонах обрушения от подземных выработок и на участках с возможными оползнями; запасы полезных ископаемых под площадками не должны иметь промышленного значения; выработка полезных ископаемых была закончена ранее, и процесс подвижки горных пород и земной поверхности тоже закончился.
Большую сохранность и надежность зданий и сооружений в период эксплуатации обеспечивают площадки, имеющие: над выработанным пространством малопрочные и пластичные породы, процесс сдвижения которых происходит плавно; пологое падение пластов полезных ископаемых; малую и незначительную изменяющуюся высоту выработанного пространства; сплошную систему разработки; большую величину соотношения между уровнем разработок от земной поверхности и высотой вырабатываемого пространства.
Неблагоприятными для строительства считают площадки с наличием над выработанным пространством подвергающихся подвижке твердых и плотных пород (скальные, крупнообломочные и др) с крутым падением пластов ископаемых и боковых пород, с большой высотой выработанного пространства, наличием в толще тектонических нарушении, малой глубиной разработок, высоким уровнем грунтовых вод подрабатываемых территориях, где по прогнозу возможны провалы, а также в местах выходов пластов и тектонических нарушений строительство зданий и сооружений не допускается.
При проектировании промышленных предприятий и объектов в зонах залегания полезных ископаемых вопросы планировки и организации территории увязывают с планами развития горных разработок На планах застройки показывают участки территории по группам намечают предохранительные целики, места возможного образования трещин с уступами, провалов и т. п.
На генеральном плане предприятий здания и сооружения размещают с максимально возможным уплотнением и с учетом чувствительности их к деформации земной поверхности. Очередность строительства согласовывают с календарным планом развития горных работ в пределах месторождения (предприятия). Участки, не пригодные для застройки, используют под озеленение.
Горнотехнические мероприятия. Такие мероприятия, предусматриваемые для уменьшения деформации земной поверхности и снижения их воздействия на здания и сооружения, включают в себя: полную или частичную закладку выработанного пространства доставленным извне материалом; неполную выемку полезного ископаемого по мощности или площади пластов; применение соответствующих систем разработок, порядка, скорости и способов выемки полезных ископаемых, способствующих равномерной сдвижке горных пород;
оставление предохранительных целиков требуемых размеров под зданиями и сооружениями, предотвращающее появление в них вредных деформаций. Это мероприятие используют в тех случаях, когда другие меры защиты технически невозможны или экономически нецелесообразны.
Виды горнотехнических мероприятий выбирают на основе технико-экономических показателей. Эти мероприятия можно сочетать с конструктивными и строительными защитными мерами.
Помимо обеспечения соответствующей сохранности объектов горнотехнические мероприятия способствуют безопасности ведения горных работ, безопасности людей, находящихся в их расположении или занятых на эксплуатации зданий, уменьшают потери и консервацию запасов полезных ископаемых.
Конструктивные и строительные мероприятия. Такие мероприятия выбирают исходя из принятой конструктивной схемы здания. Здания и сооружения, возводимые на подрабатываемых территориях, проектируют с податливыми, жесткими или комбинированными конструктивными схемами.
Каркасные здания на подрабатываемых территориях строят, как правило, с податливыми и комбинированными конструктивными схемами, а бескаркасные — с жесткими. При комбинированной схеме надземную часть здания выполняют жесткой, а подземную — податливой, и наоборот.
Бескаркасные здания высотой в 1—4 этажа с насущими кирпичными и крупнообломочными стенами, имеющими большую проемность и узкие простенки, на территориях III и IV групп, а также бескаркасные одноэтажные здания при пролетах 12 м и более без внутренних поперечных стен допускается строить по податливым конструктивным схемам.
Здания с податливыми схемами защищают от разрушения при неравномерных деформациях следующими способами: разделением на отсеки деформационными швами; устройством швов скольжения между надземной и подземной частями; снижением жесткости колонн и несущих стен; устройством шарнирных и шарнирно-подвижных сопряжений и стыков несущих и ограждающих конструкций.
В зданиях с жесткими конструктивными схемами предусматривают следующие меры защиты от разрушения: усиливают несущие конструкции и объединяют их в пространственно-жесткие блоки; устраивают фундаментные и поэтажные железобетонные пояса; применяют фундаментные связи-распорки, фундаменты в виде сплошных железобетонных плит, перекрестных балок, балок-стенок и т. п.
Для уменьшения нагрузок на фундаменты от воздействия деформаций земной поверхности предусматривают: минимально допускаемую глубину заложения фундаментов; швы скольжения между конструктивными элементами, имеющими контакт с грунтом и вышерасположенными конструкциями; устройство грунтовых (песчаных) подушек при высокой несущей способности грунтов оснований; максимальное снижение массы несущих и ограждающих конструкций; рациональную планировку подвалов и технических подполий (устройство их по всей площади отсека на одном уровне).
В зданиях и сооружениях, возводимых на площадках с крутым падением пластов, из-за чего могут появиться ступенчатые деформации, предусматривают возможность выравнивания конструкций домкратами и другими устройствами. Для установки домкратов в фундаментах бескаркасных зданий предусматривают ниши и распределительные железобетонные балки-пояса, а в каркасных зданиях — специальные упоры на колоннах.
Фундаменты, расположенные над швом скольжения, связывают между собой железобетонными поясами, плитами или связями-распорками (рис. XXIV-1, а). В ленточных фундаментах без швов скольжения устраивают железобетонные пояса по грунту. В свайных фундаментах роль пояса выполняет ленточный ростверк, а для кустов свай — связи- распорки между шштами ростверка. Связями-распорками можно соединять фундаменты в продольном и поперечном направлениях.
Рис. XXIV-1. Некоторые конструктивные элементы зданий, возводимых на подрабатываемых территориях:
о —схема устройства шва скольжения и распорок-связей в столбчатых фундаментах- б — схема устройства сплошной фундаментной плиты со швом скольжения; в - крепление подкрановой балки к колонне; / -бетонная или железобетонная подушка; 2 - шов скольжения; 3- распорка-связь- - фундаментная плита; 5 - фундамент под оборудование; 6 - деформационный шов; 7 - анкер: «— величина возможного подъема подкрановой балки; 9 — то же, горизонтального смещения
Деформационные швы разделяют здания на отсеки по всей высоте, включая обычно и фундаменты. Под парные колонны или стены в местах швов фундаменты допускается устраивать на общих подушках если они отделены от них швом скольжения или тогда, когда фундаменты под остальные колонны смежных отсеков конструктивно не связаны между собой плитами, связями-распорками и т. п.
Длину отсеков и ширину зазора деформационных швов принимают с учетом интенсивности деформаций земной поверхности, конструктивной схемы здания и физико-механических характеристик грунта.
Шов скольжения, отделяющий надземную часть здания от подземной, располагают в горизонтальной плоскости над фундаментной подушкой (рис. XXIV-1, а), а в зданиях с подвалом — под перекрытием подвала или технического подполья. Над швом предусматривают защитный пояс. Шов скольжения выполняют из двух слоев пергамина с прослойкой молотого графита, щипаной слюды или инертной пыли.
Для снижения усилий в фундаментной плите ее также рекомендуется проектировать со швом скольжения. В местах примыкания плиты к фундаментам под технологическое оборудование оставляют зазоры, ширину которых определяют расчетом; при этом она должна быть не менее 50 мм (рис. XXIV-1, а).
Особенности каркасных и бескаркасных зданий на подрабатываемых территориях. Поперечные рамы для одноэтажных каркасных здании проектируют:
на подрабатываемых территориях I и II групп — в виде шарнирно- связевых систем с шарнирно-неподвижными сопряжениями крайних колонн с фундаментами или шарнирно-подвижными сопряжениями риге- леи с колоннами; на территориях III и IV групп - в виде шарнирно- связевых систем с жесткими сопряжениями колонн с фундаментами
Для продольных рам одноэтажных зданий выбирают шарнирно- связевые системы с постановкой в необходимых случаях фундаментных связей-распорок.
Для каркасов многоэтажных зданий в большинстве случаев применяют рамно-связевые системы; для них допустимы также шарнирно- связевые и жесткие рамные системы.
Устойчивость каркасных зданий в поперечном направлении обеспечивают защемлением определенного количества колонн в фундаментах а в продольном направлении, кроме того, устройством блока жесткости в каждом ряду колонн посередине отсека постановкой связей Фундаменты колонн блока жесткости соединяют связями-распорками
В зданиях с мостовыми кранами при отсутствии поперечных распорок-связей между фундаментами предусматривают возможность регулировки положения подкрановых путей (балок и рельсов) в горизонтальной плоскости, а при ожидаемом наклоне подкранового пути более 6 мм/м в продольном направлении и 4 мм/м — в поперечном направлении, а кроме того по вертикали (рис. XXIV-1, в). Предпочтение следует отдавать подвесному и напольному подъемно-транспортному оборудованию.
Подкрановые балки используют разрезные, металлические и реже железобетонные.
Несущие конструкции покрытия опирают шарнирно на колонны посредством катковых и скользящих опор, показанных на рис. XXIV-2.
Рис. XXIV-2. Шарнирно-подвижные сопряжения несущих конструкций покрытий с колоннами: а — катковое; б — скользящее; 1 — колонна; 2 — направляющая пластинка; 3 — ферма; 4— каток;5 — ограничитель; 6 — опорный столик; 7 — шов скольжения
Стены каркасных зданий рекомендуется монтировать из навесных облегченных панелей с податливым креплением к колоннам. Допускаются также самонесущие кирпичные и блочные стены с усилением кх по периметру железобетонными поясами, а в местах пересечения — и горизонтальными арматурными сетками. Самонесущие стены крепят к колоннам деталями, не препятствующими относительным смещениям в плоскости стен.
При решении планировочных и конструктивных вопросов зданий, возводимых на подрабатываемых территориях, следует симметрично располагать стены в плане, принимать по возможности одинаковые по высоте и ширине простенки и проемы, располагая их равномерно по длине и высоте стен. В пределах здания (отсека) несущие стены необходимо устраивать из одного материала и одинаковой конструкции.
Для обеспечения прочности и устойчивости бескаркасных зданий предусматривают: устройство в крупноблочных и кирпичных стенах в уровне перемычек или перекрытий поэтажных замкнутых по периметру железобетонных поясов; усиление несущих конструкций крупнопанельных зданий и соединение всех элементов здания в пространственную систему; устройство замкнутых фундаментного и цокольного поясов по периметру зданий.
В одноэтажных зданиях на подрабатываемых территориях III и IV групп можно возводить стены с облегченной кладкой с вертикальными диафрагмами и заполнением легким бетоном. Для зданий с продольными несущими стенами, как правило, применяют беспрогонную схему покрытия. Опорные части балок заанкеривают в стены.
Панели наружных и внутренних стеи, перекрытий и покрытий соединяют между собой и с наружными стенами связями — сваркой закладных элементов, петлевыми анкерами или металлическими накладками. Швы замоноличивают цементным раствором марки не ниже 100.
Сопряжения каменных стен усиливают арматурой диаметром 4-6 мм, которую укладывают в горизонтальные швы через 1,5 м по высоте и заделывают в каждую сторону от пересечения осей на 1,2—1,5 м.
Жесткие полы на грунте (бетонные, цементные, ксилолитовые и др.) защищают от повреждений при неравномерной осадке здания разрезкой на прямоугольники со стороной не более 6 м, оставляя между ними зазор.