Лекция 24
Территория, на которой в результате проведения подземных горных работ могут возникнуть неравномерные оседания или смещения грунта в основании зданий или сооружений называется подрабатываемой.
Подрабатываемые территории следует подразделять на 4 группы в зависимости от значений деформаций земной поверхности вдоль главной оси мульды сдвижения в соответствии с СП 21.13330.
Расчеты конструкций зданий и сооружений на подрабатываемых территориях следует выполнять с использованием аналитических методов, основанных на статистической обработке наблюдений за сдвижениями земной поверхности в районе разработки подземных выработок, и современных компьютерных программных средств, позволяющих прогнозировать деформации грунтового массива и учитывать взаимодействие сооружения, его фундаментной конструкции и деформирующегося основания.
Исходными данными для расчетов являются:
· геометрические параметры (глубина расположения в массиве, форма и размеры) подземных выработок;
· конструктивные схемы и физико-механические свойства строительных материалов конструкций здания или сооружения, возводимого или существующего на подрабатываемой территории, включая подземную часть и фундаментную конструкцию сооружения;
· метод (технология) ведения подземных горных работ, тип применяемого оборудования и его характеристики;
· данные о рельефе местности и напряженном состоянии массива горных пород до начала подработки, оцениваемом с учетом результатов натурных измерений и расчетов, выполняемых специализированными организациями;
· данные о строении массива горных пород;
· о физико-механических свойствах пород и грунтов, слагающих массив пород по разрезу до глубин, не менее нижней отметки подземной выработки, влияние которой предполагается учесть в расчетах сооружения;
· данные о временной последовательности возведения здания или сооружения и устройства подземных выработок, вызывающих подработку.
Здания и сооружения сложной формы в плане разделяются деформационными швами на отсеки. Высоту зданий и сооружений в пределах отсека следует принимать одинаковой. Длину отсеков принимают по расчету в зависимости от расчетных величин деформаций земной поверхности, физико-механических свойств грунтов основания, принятой конструктивной схемы, технологических требований.
Фундаменты под несущие стены в зоне деформационных швов устраиваются, как правило, сплошными. В целях уменьшения ширины деформационного шва возможно применение прерывистых фундаментов.
Конструкции зданий и сооружений, проектируемых для строительства на подрабатываемых территориях, рассчитываются по первой и второй группам предельных состояний с учетом деформаций:
· основания - от подработки, проявляющихся в виде его вертикальных и горизонтальных перемещений;
· грунтов - от нагрузок, передаваемых сооружением.
Конструкции следует рассчитывать на воздействия от подработки, исходя из условия совместной работы основания и сооружения.
В зависимости от значений контактных напряжений (нормальных и касательных на контакте основание- фундамент) модель основания следует принимать в виде:
· линейно-упругой системы;
· нелинейно-неупругой системы;
· реологической системы.
Нелинейно-неупругая система соответствует нелинейной связи между деформациями и нагрузками на основание в стабилизированном состоянии грунта, различию в деформационных свойствах основания при нагружении и разгрузке, нарушению контакта между фундаментом и основанием. Реологическая система, отражает деформационные свойства основания для различных моментов времени в течение строительного и эксплуатационного периодов (в нестабилизированном состоянии грунта).
Предельные значения совместной деформации поверхности подрабатываемой территории и сооружения принимаются исходя из необходимости соблюдения:
· технологических или архитектурных требований к деформации сооружения (изменение проектных уровней и положений сооружения в целом, отдельных его элементов и оборудования, включая требования к нормальной работе лифтов, кранового оборудования, подъемных устройств элеваторов и т.п.);
· требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая общую устойчивость сооружения.
Расчет свайных фундаментов зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, производиться по предельным состояниям на особое сочетание нагрузок, которые назначаются с учетом воздействий со стороны деформируемого при подработке основания.
Здания и сооружения, в зависимости от их назначения и условий работы, проектируют по жесткой, податливой или комбинированной конструктивным схемам. Вид конструктивной схемы определяет необходимость, характер и состав вводимых конструктивных мер защиты.
Так, в зависимости от характера сопряжения голов свай с ростверком и взаимодействия фундаментов с грунтом основания в процессе развития в нем горизонтальных деформаций от подработки территории различают следующие схемы свайных фундаментов:
· жесткие - при жесткой заделке голов свай в ростверк путем заанкеривания в нем выпусков арматуры свай или непосредственной заделки в нем головы сваи;
· податливые - при условно-шарнирном сопряжении сваи с ростверком, выполненном путем заделки ее головы в ростверк на 5-10 см или сопряжения через шов скольжения.
Расчет свайных фундаментов и их оснований на подрабатываемых территориях должен производиться с учетом:
· изменений физико-механических свойств грунтов, вызванных подработкой территории;
· перераспределения вертикальных нагрузок на отдельные сваи, вызванного наклоном, искривлением или уступообразованием земной поверхности;
· дополнительных нагрузок в горизонтальной плоскости, вызванных относительными горизонтальными деформациями грунтов основания.
Несущую способность грунта основания свай всех видов, работающих на сжимающую нагрузку, при подработке территории определяют по известной уже формуле, но с учетом коэффициента условий работы, который учитывает изменение физико-механических свойств грунтов и перераспределение вертикальных нагрузок при подработке территории:
· для свай-стоек в фундаментах любых зданий и сооружений 1;
· для висячих свай в фундаментах податливых зданий и сооружений (например, одноэтажных каркасных с шарнирными опорами) 0,9;
· для висячих свай в фундаментах жестких зданий и сооружений (например, бескаркасных многоэтажных зданий с жесткими узлами, силосных корпусов) 1
Дополнительные вертикальные нагрузки на сваи или сваи-оболочки зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой определяют в зависимости от расчетных значений вертикальных перемещений свай. Эти перемещения вызваны наклоном, искривлением или уступообразованием земной поверхности, а также горизонтальными деформациями грунтов основания при условиях:
· свайные фундаменты из висячих свай и их основания заменяют условным фундаментом на естественном основании;
· основание условного фундамента принимают линейно деформируемым с постоянным модулем деформации и коэффициентом постели грунта по длине здания (или выделенного в нем отсека). Определение дополнительных вертикальных нагрузок производится относительно продольной и поперечной осей здания.
В расчетах свайных фундаментов, возводимых на подрабатываемых территориях, необходимо учитывать дополнительные усилия. Дополнительные усилия возникают в сваях, вследствие их работы на изгиб под влиянием горизонтальных перемещений грунта основания при подработке территории по отношению к проектному положению свай.
Свайные фундаменты зданий и сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, проектируют с учетом условий необходимости передачи на ростверк минимальных усилий от свай, возникающих в результате деформации земной поверхности. Для выполнения этого требования в проектах предусматривают:
· разрезку здания или сооружения на отсеки для уменьшения влияния горизонтальных перемещений грунта основания;
· преимущественно висячие сваи для зданий и сооружений с жесткой конструктивной схемой. В этом случае происходит снижение дополнительно возникающих усилий в вертикальной плоскости от искривления основания;
· сваи меньшей жесткости, например призматические, квадратного или прямоугольного поперечного сечения, при этом сваи прямоугольного сечения следует располагать меньшей стороной в продольном направлении отсека здания;
· преимущественно податливые конструкции сопряжения свай с ростверком;
· выравнивание зданий с помощью домкратов или других выравнивающих устройств. При разрезке здания или сооружения на отсеки между ними в ростверке утраиваются зазоры (деформационные швы), размеры которых определяют как для нижних конструкций зданий и сооружений в соответствии с требованиями СП 21.13330.
Для обеспечения безопасности и эксплуатационной надежности объектов застройки при подработке выполняется геотехнический мониторинг.
Мониторинг выполняется как в процессе подработки, так и в начальный период после ее завершения.
Мониторинг включает в себя следующие работы:
· периодические обследования и наблюдения за изменениями контролируемых параметров поверхностной застройки и массива горных пород в пределах зоны подработки;
· анализ динамики развития и сравнение результатов наблюдений с прогнозными и предельными значениями контролируемых параметров;
· оценку достоверности выполненного прогноза и, при необходимости, его корректировка;
· определение степени опасности выявленных отклонений контролируемых параметров от прогнозируемых значений и установление причин их возникновения;
· анализ взаимосвязи между сдвижениями массива горных пород и техническим состоянием сооружений, а также перемещениями и деформациями зданий окружающей застройки;
· расчетное определение эффективности принятых конструктивных решений для геотехнической охраны объектов окружающей застройки от негативного влияния подработки;
· разработку, при необходимости, мер по предупреждению, снижению или ликвидации недопустимых отклонений и негативных последствий;
· периодическое составление отчетов с результатами мониторинга, их анализом, выводами и рекомендациями;
· контроль за выполнением принятых решений.
Предельные значения совместной деформации поверхности подрабатываемой территории и сооружения устанавливаются исходя из необходимости соблюдения:
·технологических или архитектурных требований к деформации сооружения. К ним относится: изменение проектных уровней и положений сооружения в целом; изменение отдельных элементов здания и оборудования, включая требования к нормальной работе лифтов, кранового оборудования, подъемных устройств элеваторов и т.п.;
· требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая общую устойчивость сооружения.