Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2476642

(19)

RU

(11)

2476642

(13)

C2

(51) МПК E02D3/12 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 18.02.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011120865/03, 24.05.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

24.05.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 24.05.2011

(43) Дата публикации заявки: 27.11.2012

(45) Опубликовано: 27.02.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2169238 С2, 20.06.2001. RU 2369692 С2, 10.10.2009. RU 2265107 C1, 27.11.2005. RU 2254426 C1, 20.06.2005. SU 1213350 A1, 23.02.1986. EP 0264998 A1, 27.04.1988.

Адрес для переписки:

620075, г.Екатеринбург, пр. Ленина, 50а, Институт "УралНИИпроект РААСН"

(72) Автор(ы):

Лушников Владимир Вениаминович (RU),

Оржеховский Юрий Рувимович (RU),

Эпп Арно Яковлевич (RU),

Сметанин Максим Викторович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Общество с ограниченной ответственностью "Экспертно-консультационная фирма "ГеоСтройЭксперт" (RU)

(54) СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА И АНАЛИЗА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И ДРУГИХ ПРОТЯЖЕННЫХ ПО ВЕРТИКАЛИ ОБЪЕКТОВ НА НЕРАВНОМЕРНО СЖИМАЕМЫХ ГРУНТАХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области строительства и используется при сооружении, научно-техническом сопровождении и мониторинге строящихся и построенных преимущественно высоких и высотных зданий и сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах, а также других вертикально протяженных объектов. Способ строительства зданий, сооружений и других протяженных по вертикали объектов на неравномерно сжимаемых грунтах с введением в конструктивную схему зданий, сооружений дополнительных элементов жесткости, например, железобетонных поясов, воздействие на грунт для изменения его свойств в процессе возведения строения, измерения деформаций и/или напряжений в основных и дополнительных элементах строения, причем измерения напряжений и деформаций производят после возведения каждой группы этажей надземного строения, далее, определив напряженно-деформированное состояние строения с учетом его жесткости в пределах этажей, сооруженных к моменту измерений и произведя оценку допустимости возникших осадок и напряжений к моменту измерений, фактических деформационных и прочностных характеристик грунтов оснований, ожидаемых значений напряжений и осадок к моменту возведения последнего этажа строения, после чего судят о необходимости и об объемах локального воздействия на грунт основания до полного возведения строения, причем при необходимости воздействия на грунт основания прекращают возведение строения или продолжают только в той его части, в основании которой не требуется воздействие на грунт, при необходимости осуществляют требуемое воздействие на грунт, например, закрепление цементно-песчаными растворами, после чего продолжают возведение строения, отличающийся тем, что после сооружения очередной группы, например, из 2-5 этажей надземного строения, производят измерения среднего наклона верхнего перекрытия над этой группой этажей и средних наклонов верхних перекрытий над всеми ранее сооруженными группами этажей, далее по соотношению средних величин наклонов перекрытий судят о деформациях основания и напряженно-деформированном состоянии строения к моменту каждого из измерений, о дальнейшем развитии деформаций и изменении напряженно-деформированного состояния до полного возведения строения, о необходимости воздействия на грунт, о прекращении возведения строения или о продолжении его строительства в той части, в основании которой не требуется воздействия на грунт, о необходимости введении в конструктивную схему дополнительных элементов жесткости, причем в случае, если измерения наклонов производилось, только после завершения строительства, по соотношению наклонов перекрытий судят о ранее образовавшихся деформациях здания, сооружения. Технический результат состоит в повышении точности и разрешающей способности анализа напряженно-деформированного состояния здания, сооружения в процессе его возведения или после завершения строительства. 4 пр., 13 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области строительства и используется при сооружении, научно-техническом сопровождении и мониторинге строящихся и построенных преимущественно высоких и высотных зданий и сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах, а также других вертикально протяженных объектов - наклоняющихся деревьев, рекламных щитов, мачт.

Известен способ закрепления грунтов в основании деформированных зданий и сооружений (способ-аналог), согласно которому инъекция улучшающих грунт растворов ведется с предварительным установлением положения изогнутой оси строения и выявлением однозначно изгибаемых участков здания, сооружения, а закрепление грунтов ведется сначала на участках, где зафиксированы наименьшие начальные осадки, после чего производится закрепление на участках, где образовались наименьшие осадки (Патент RU 2162917 «Способ закрепления грунтов в основании деформированных зданий и сооружений» [1]).

Недостаток способа-аналога в том, что он может быть использован для закрепления грунтов зданий и сооружений, уже получивших недопустимые повреждения в результате неравномерных осадок грунтового основания, но неприменим для строящихся зданий, сооружений строений или других протяженных по вертикали объектов.

Наиболее близок к заявляемому по совокупности существенных признаков принятый за прототип способ строительства зданий, сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах (способ-прототип) с введением в конструктивную схему зданий, сооружений дополнительных элементов жесткости, например, железобетонных поясов, воздействие на грунт для изменения его свойств в процессе возведения строения, измерения деформаций и/или напряжений в основных и дополнительных элементах строения, причем измерения напряжений и деформаций производят после возведения каждой группы этажей надземного строения, далее, определив напряженно-деформированное состояние строения с учетом его жесткости в пределах этажей, сооруженных к моменту измерений, и произведя оценку допустимости возникших осадок и напряжений к моменту измерений, фактических деформационных и прочностных характеристик грунтов оснований, ожидаемых значений напряжений и осадок к моменту возведения последнего этажа строения, после чего судят о необходимости и об объемах локального воздействия на грунт основания до полного возведения строения, причем при необходимости воздействия на грунт основания прекращают возведение строения или продолжают только в той его части, в основании которой не требуется воздействие на грунт, при необходимости осуществляют требуемое воздействие на грунт, например, закрепление цементно-песчаными растворами, после чего продолжают возведение строения (Патент RU 2169238 «Способ строительства зданий и сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах» [2]).

Недостаток способа-прототипа состоит в недостаточной точности измерений деформаций, для чего используются геодезические или специальные приборы с электронным сопровождением, например, инклинометры, в результате чего снижается точность и разрешающая способность анализа напряженно-деформированного состояния здания, сооружения в процессе его возведения или после завершения строительства.

Цель изобретения состоит в повышении точности и разрешающей способности анализа напряженно-деформированного состояния здания, сооружения в процессе его возведения или после завершения строительства.

Цель достигается тем, что в способе строительства зданий, сооружений и других протяженных по вертикали объектов на неравномерно сжимаемых грунтах с введением в конструктивную схему зданий, сооружений дополнительных элементов жесткости, например, железобетонных поясов, воздействие на грунт для изменения его свойств в процессе возведения строения, измерения деформаций и/или напряжений в основных и дополнительных элементах строения, причем измерения напряжений и деформаций производят после возведения каждой группы этажей надземного строения, далее, определив напряженно-деформированное состояние строения с учетом его жесткости в пределах этажей, сооруженных к моменту измерений, и произведя оценку допустимости возникших осадок и напряжений к моменту каждого из измерений, фактических деформационных и прочностных характеристик грунтов оснований, ожидаемых значений напряжений и осадок к моменту возведения последнего этажа строения, после чего судят о необходимости и об объемах локального воздействия на грунт основания до полного возведения строения, причем при необходимости воздействия на грунт основания прекращают возведение строения или продолжают только в той его части, в основании которой не требуется воздействие на грунт, при необходимости осуществляют требуемое воздействие на грунт, например, закрепление цементно-песчаными растворами, после чего продолжают возведение строения, в предлагаемом способе после сооружения очередной группы, например, из 2-5 этажей надземного строения, производят измерения среднего наклона верхнего перекрытия над этой группой этажей и средних наклонов верхних перекрытий над всеми ранее сооруженными группами этажей, далее по соотношению средних величин наклонов перекрытий судят о деформациях основания и напряженно-деформированном состоянии строения к моменту каждого из измерений, о дальнейшем развитии деформаций и изменении напряженно-деформированного состояния до полного возведения строения, о необходимости воздействия на грунт, о прекращении возведения строения или о продолжении его строительства в той части, в основании которой не требуется воздействия на грунт, о необходимости введении в конструктивную схему дополнительных элементов жесткости, причем в случае, если измерения наклонов производилось, только после завершения строительства, по соотношению наклонов перекрытий судят о ранее образовавшихся деформациях здания, сооружения.

При строительстве согласно предлагаемому способу достигается следующее.

1) Повышение точности измерения деформаций в процессе возведения здания или после завершения строительства. Минимально возможная погрешность приборов (например, инклинометров) определяется классом прибора. Наиболее высокий класс «0.1» означает возможную погрешность =0.1% или 0.001 от диапазона базы измерения. При базе измерений большинства инклинометров В=400-600 мм возможная погрешность составит B =0.001·В=0.001·(400-600)=0.4-0.6 мм, а погрешность, отнесенная на длину фрагмента здания (например, на высоту этажа, равную Н=3000 мм), увеличивается до H =0.001·3000=3 мм.

2) При измерении средних углов наклонов перекрытий над группами сооруженных этажей, что предлагается в заявляемом способе, повышение точности измерений достигается:

- применением более простых и широко распространенных геодезических приборов (например, нивелиров), относительная погрешность которых =0.1-0.2 мм (ГОСТ 24846-81 «Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений» [3]);

- и одновременно - увеличением базы измерений до размеров длины или ширины зданий, сооружения, равным, например L=16 м=16000 мм; при относительной погрешности измерений нивелирами даже не высшего класса (например, II класса, равной =0.2 мм), погрешность измерений средних наклонов перекрытий не превысит величины L = /L=0.2 /16000=0.0000125 мм - это в H /( L ·L)=3/(0.0000125·16000)=15, т.е. в 15 раз выше точности измерений инклинометрами.

3) Повышение разрешающей способности анализа напряженно-деформированного состояния здания, сооружения в процессе его возведения или после завершения строительства при строительстве согласно предлагаемому способу достигается следующим:

- анализом напряженно-деформированного состояния здания на момент сооружения очередной группы этажей, а также на момент завершения строительства здания, сооружения в целом с учетом средних величин наклонов перекрытий после сооружения очередной группы этажей надземного строения, образующихся в процессе его возведения, или наклонов всех перекрытий, уже образовавшихся после завершения строительства; это позволяет, в частности, учесть дополнительное влияние на напряженно-деформированное состояние здания, сооружения и его основания эксцентриситета нагрузки, возникающего в результате полученных деформаций, а в случае недостаточной несущей способности конструкций - произвести их усиление, например, введением дополнительных железобетонных поясов;

- возможностью прогноза развития наклона здания, сооружения в процессе возведения очередной группы этажей или после завершения строительства; эта возможность должна быть обеспечена фиксацией времени сооружения каждой группы этажей;

- возможностью решения вопроса о необходимости инженерного вмешательства в строительный процесс (воздействия на грунт для его упрочнения), если в результате анализа будет установлено развитие деформаций или напряжений, превышающих допустимые пределы к моменту сооружения очередной группы этажей или завершения строительства;

- возможностью установления истории образования наклона здания, сооружения в процессе его возведения или после завершения строительства; в приведенных ниже примерах реализации способа показано, что это достигается последовательным условным отклонением назад до вертикали сначала верхней отклонившейся группы этажей, затем второй, третьей и т.д., вплоть до нижней группы, т.е. до фундамента;

- возможностью реконструкции развития наклона уже построенного здания, сооружения или другого протяженного по вертикали объекта; эта возможность обеспечивается фиксацией скорости развития наклона построенного здания, сооружения или протяженного по вертикали объекта за достаточно длинный промежуток времени.

При анализе уровня техники не выявлен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого решения, т.е. оно отвечает требованиям новизны. Также не выявлены признаки, являющиеся отличительными в заявляемом решении, т.е. оно отвечает требованию изобретательского уровня.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг.1-13):

- на фиг.1 схематически показано строящееся 16-этажное здание с подвальным этажом высотой 3.0 м, имеющее железобетонный каркас (колонны, перекрытия, диафрагмы жесткости), длину в поперечном направлении L=16 м в пределах разбивочных осей А-В и высоту Н=48 м=4800 см; предполагается, что в процессе строительств здание получает наклон в результате неравномерной сжимаемости грунтов в основании здания либо вследствие ухудшения свойств грунтов в ходе процессе строительства;

- на фиг.2-5 приведены виды здания на момент сооружения их до высоты 36 м (фиг.2), 24 м (фиг.3), 12 м (фиг.4) и после сооружения подвального этажа высотой 3 м (фиг.5);

- на фиг.6-8 приведен пример анализа истории наклона секции 20-этажного дома;

- на фиг.9-10 приведен пример анализа истории наклона дерева, прекратившего рост;

- на фиг.11-13 приведен пример прогноза наклона рекламного щита.

Здание (фиг.1) имеет фундамент в виде железобетонной плиты 1, подвальный этаж 2 и четыре группы этажей 3-6, по 4 этажа каждая. Наклоны перекрытий намечено измерять над подвальным этажом 1 и над верхними перекрытиями каждой из групп этажей 3-6, причем на фиг.1 показано, что четвертая группа 6 находится в состоянии строительства. В ходе последующего анализа предполагается, что сооружение стен и колонн каждой верхней группы этажей 6 ведется строго вертикально, а перекрытий - строго горизонтально, как это априори предполагается строительными нормативами и контролируется известными методами (строительными отвесами, уровнемерами, инклинометрами и др.).

Для проведения научно-технического сопровождения строительства здания в соответствии с требованиями норматива (ГОСТ Р 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния» [4]) в фундаментную плиту 1 заложены мессдозы 7 для измерения отпора грунта, деформометры 8 для определения деформаций колонн, инклинометры 9 для измерения отклонений стен и колонн от вертикали.

В подвальном этаже 2 и в перекрытиях каждой из групп этажей 3-6 в соответствии с заявляемым способом предусмотрены марки 10 для измерений наклонов перекрытий и осадок здания, причем наиболее информативными при установлении средних наклонов перекрытий будут марки 10, установленные вблизи крайних осей здания А и В. Для измерений используются стандартные геодезические рейки 11 и нивелиры 12 II класса.

На фиг.1 показаны области локального закрепления грунтов 13 и 14, местоположение и параметры которых (глубина, размеры в плане) должны быть установлены в результате научно-технического сопровождения строительства.

В состав научно-технического сопровождения входит анализ текущего напряженно-деформированного состояния здания с учетом его жесткости, возрастающей с увеличением каждой группы этажей 3-6 (в частности, с использованием программы «Lira», опция «Монтаж»). Перед сооружением очередной группы этажей 3-6 в программу вводятся показания мессдоз 7, деформометров 8, инклинометров 9, а также наклонов перекрытий и общих осадок здания по результатам измерений нивелирами 12, после чего в расчеты вводятся нагрузки от планируемой к сооружению очередной группы этажей 3-6, а также нагрузки от полностью завершенного строительством здания.

В результате анализа напряженно-деформированного состояния здания на момент сооружения очередной группы этажей и прогноза на момент полного завершения строительства решаются следующие вопросы:

- оценивается дополнительное влияние на напряженно-деформированное состояние здания дополнительного эксцентриситета нагрузки, вызванного наклоном здания;

- осуществляется прогноз развития наклона и напряженно-деформированное состояния здания после завершения строительства;

- если в результате анализа будет установлено развитие деформаций или напряжений, превышающих допустимые пределы на момент сооружения очередной группы этажей или на момент завершения строительства, оценивается необходимость инженерного вмешательства в строительный процесс.

В примере сооружения здания, показанного на фиг.1, приведены условные деформации наклона перекрытий здания, уменьшающиеся по мере сооружения очередной группы этажей. Причиной образования наклонов может быть неравномерная сжимаемость грунтов под фундаментной плитой 1, ухудшение свойств грунтов в ходе строительства, причем предполагается, что влияние неравномерности сжимаемости грунтов уменьшается по мере возведения здания за счет упрочнения грунтов под нагрузками.

Измерениями показано, что на момент начала сооружения верхней группы этажей 6 наклон перекрытия над 1-й группой этажей 2 составил i=0.004, а наклон перекрытия над 3-й группой 5-i=0.001. Расчетным прогнозом напряженно-деформированного состояния здания установлено, что после сооружения верхней группы этажей 6 наклон перекрытия над 1-й группой 2 увеличивается до i=0.005, над 3-й группой 5 - до i=0.002, а над 4-й группой 6 - до i=0.001. Также установлено, что после передачи полных расчетных нагрузок и с учетом фактора времени деформации наклона через 1 год увеличиваются на i=0.001, т.е. наклон перекрытия над 1-й группой 2 увеличивается до i=0.006, над 3-й группой 5 - до i=0.003, а над 4-й группой 6 - до i=0.002. Соответствующее отклонение верха здания от вертикали H, которое на момент начала сооружения 4-й группы этажей 6 составило 8.4 см, на момент завершения 4-й группы этажей - 13.5 см, а через 1 год - до 19.8 см.

Прогнозируемый наклон здания H=19.8 см <[ H] u =Н / 500=4800 / 500=24 см, т.е. не превысил значения [ H] u , регламентируемого главой СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» [5], но наклон 1-й группы этажей 2 i=0.006>[i] u =0.005 превысил значение [i] u , регламентируемое главой СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» [6].

Поэтому принимается решение о необходимости инженерного вмешательства с целью упрочнения неравномерно сжимаемых грунтов в основании фундаментной плиты 1.

В соответствии с патентом RU 2162917 «Способ закрепления грунтов в основании деформированных зданий и сооружений» [1] вначале производится инъекция цементно-песчаных растворов под фундаментную плиту 1 со стороны, противоположной наклону здания, в области, показанной на фиг.1 позицией 13. При этом в результате временного ослабления грунта за период от начала инъекции до твердения раствора образуются так называемые технологические осадки грунтов, частично уменьшающие наклон здания. Затем производится инъекция закрепляющих растворов под фундаментную плиту 1 со стороны наклона здания в область, показанную на фиг.1 позицией 14.

Кроме инъекции закрепляющих растворов, могут быть использованы другие способы инженерного вмешательства - выемка грунтов со стороны, противоположной направлению наклона здания, погружение свай под фундаментную плиту 1 (Патент RU 2037604 «Способ усиления фундамента здания, сооружения» [7]) и др.

Возможность анализа деформированного состояния рассмотренного здания и других протяженных по вертикали объектов иллюстрируется четырьмя примерами.

1-й пример

На фиг.2-5 иллюстрируется процесс установления истории образования наклона здания, показанного на фиг.1. При этом предполагается, что измерения средних наклонов перекрытий производилось после сооружения каждой группы этажей здания 3-6.

На фиг.2 показано состояние здания, когда строго вертикально велось возведение 3-й группы этажей 5, а все нижние группы этажей 2-4 условно отклонены назад в результате неравномерных осадок грунтов на величину наклона 4-й группы этажей 6, равной i=0.001.

На фиг 3-5 показано состояние здания, когда строго вертикально велось возведение соответственно 2-й группы этажей 4 (фиг.3), затем 1-й группы 3 (фиг.4) и, наконец - подвального этажа 2 (фиг.5), а все нижние группы этажей условно отклонены назад на величину наклона, который впоследствии получит каждая из вновь возводимых групп этажей.

2-й пример

На фиг.6-8 показана возможностью реконструкции развития наклона здания, когда измерения средних наклонов перекрытий велось только в завершающей стадии строительства.

Показанная на фиг.6 секция 15 реального объекта - 20-этажного жилого дома имеет размеры в плане 26 м (в осях V-VI) × 32 м (в осях А-П), высоту Н=70.11 м. Плитно-свайный фундамент 16 включает 277 свай длиной 7 м и железобетонную плиту толщиной 1.2 м.

Сооружение фундамента секции велось в период с ноября 2007 г. по февраль 2008 г. К октябрю 2008 г. были возведены конструкции 1-6-го этажей, зимой 2008-2009 гг. - 7-10-го, а к августу 2009 г. - 11-20-го этажей.

Причиной отклонений послужило неравномерное промораживание пучинистых грунтов в основании и образование после оттаивания грунта воздушной полости 17 под плитой, в результате чего плитно-свайный фундамент 16 частично утратил несущую способность.

Впервые отклонение были обнаружены к середине 2009 г., когда практически было возведено 14 этажей. Тогда же были начаты измерения наклонов перекрытий на 2-м, 7-м, 14-м этажах, а позднее - на 20-м этаже. Среднее отклонение здания от вертикали по состоянию на декабрь 2009 г. было H ср. =13.15 см (поз.18), на январь 2010 г. - 15.66 см, на апрель 2010 г. - 17.93 см (поз.19).

При анализе отклонений здания предполагалось, что каждый из вновь сооружаемых этажей возводился вертикально с горизонтальными перекрытиями. Поэтому перекрытия получились «веерообразными», по-разному наклоненными к горизонтали. Продольная же ось получила ломаную («саблеобразную») форму с разными углами отклонения от вертикали (поз.18, 19 на фиг.6).

Последовательно условно отклоняя назад до вертикали сначала верхний отклонившийся блок секции (с 14-го по 20-й этажи), затем второй и другие блоки, вплоть до нижнего блока (от подвала до 2-го этажа), получено положение секции дома 15 по состоянию на время, когда было построено 2 (поз.20), 7 (поз.21), 14 (поз.22) и 20 (поз.23) этажей. Процесс условного «выпрямления» отдельных блоков секции до вертикали схематически показан на фиг.7.

Поскольку известны отклонения на определенные промежутки времени (см. фиг.7), были сформулированы прогнозы развития отклонений на ближайший и отдаленный периоды.

Например, скорость отклонения верха секции V H в период ее сооружения менялась: с июля по декабрь 2009 г. она увеличивалась от 0.51 до 1.41 и даже до 3.33 см/мес, затем, в конце цикла измерений уменьшалась до 0.57 см/мес. В дальнейшем скорость отклонения уменьшалась: через 1 мес до V H,ср. =0.39 см/мес, через полгода до V H.ср. =0.11 см/мес, через год до 0.04 см/мес, что свидетельствовало о практически полном завершении осадок. Наблюдения в конце 2010 г. показали, что отклонения прекратились. На фиг.8 показаны график роста нагрузок 24 от здания и график постепенного уменьшения отклонения от вертикали 25.

Необходимости ранее планируемого инженерного вмешательства (инъекции закрепляющих растворов под плиту) не возникло по следующим причинам:

- за счет увеличения нагрузки и оттаивания грунтов произошло постепенное смыкание образовавшейся полости 17 под плитой, поэтому плитно-свайный фундамент 16 восстановил проектную несущую способность;

- наибольшие из прогнозируемых отклонений здания 15 ( H ср. =~21 см) не превышают пределов допустимых нормативом (глава СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» [6] - H u =0.005 Н=35 см.

3-й пример

На фиг.9 и 10 показан пример анализа деформированного состояния протяженного по вертикали объекта - наклонившегося дерева, находящегося в составе «пьяного леса» (термин, используемый в инженерной геологии). Известно, что дерево росло на медленно наклоняющемся склоне, но прекратило свой рост и продолжает наклоняться в настоящее время в связи продолжающимся увеличением угла наклона склона.

Перед спиливанием дерева была сделана его фотография, а после спиливания сделаны срезы на различных участках высоты дерева для установления числа годовых колец на каждом срезе, соответствующие возрасту дерева на каждом из срезов. Схемы дерева на различные промежутки времени, составленные по его фотографии, показаны на фиг.9. Полный возраст дерева до прекращения его роста составил Т=42 года, высота Н=26 м (поз.26 на фиг.9).

По фотографии были определены углы отклонений от вертикали отдельных ярусов дерева. Ярусы отклонены от вертикали по-разному: нижний - на 1 =11.6°, второй - на 2 =6.7°, третий - на 3 =5.5°, четвертый - на 4 =4.3°; уклон земли i=0.21. Эти же углы характеризуют наклоны к горизонту сечений, перпендикулярных продольной оси каждого яруса дерева по высоте. Так же, как и перекрытия строений в 1-м и 2-м примерах, эти сечения по-разному («веерообразно») отклонены от горизонтали. Продольная ось дерева имеет «саблеобразную» форму с разными углами отклонения от вертикали.

Возможность анализа истории образования наклона дерева обеспечена известной особенностью его роста, когда дерево каждый год растет строго вертикально, а общее его отклонение от вертикали обусловлено увеличением наклона откоса, на котором растет или росло дерево.

Чтобы установить положение дерева на предыдущие периоды его роста, требуется отклонять его последовательно сначала на величину угла отклонения верхнего яруса, затем второго далее третьего и далее - четвертого яруса.

Тогда по состоянию на время, когда дерево достигло возраста Т=32 года (т.е. 10 лет назад, см. поз.27 на фиг.9) высота дерева была Н=18 м, углы отклонений нижнего яруса были ' 1 = 1 - 4 =11.6-4.3=7.3°, второго - ' 2 = 2 - 4 =6.7-4.3=2.4°, третьего - ' 3 = 3 - 4 =5.5-4.3=1.2°, четвертого яруса - ' 4 = 4 - 4 =4.3-4.3=0°; уклон земли был i=0.13.

По состоянию на возраст Т=12 лет (т.е. 30 лет назад, см. поз.28 на фиг.9) и высоту дерева Н=13 м, углы отклонений нижнего яруса были '" 1 = " 1 - " 3 =7.3-1.2=6.1°, второго - '" 2 = " 2 - " 3 =2.4-1.2=1.2°, третьего - ' 3 = " 3 - " 3 =1.2-1.2=0°, четвертого яруса - '" 4 = " 4 - " 3 =0-1.2=-1.2°; уклон земли i=0.11.

Наконец, по состоянию на возраст Т=7 лет (т.е. 35 лет назад, см. поз.29 на фиг.9) и высоту дерева Н=7 м, углы отклонений нижнего яруса были "" 1 = '" 1 - '" 3 =6.1-1.2=4.9°, второго - "" 2 = '" 2 - '" 3 =1.2-(-1.2)=0°, третьего - "" 3 = '" 3 - '" 3 =0-(-1.2)=-1.2°, четвертого яруса - "" 4 = '" 4 - '" 3 =(-1.2)-(-1.2)=2.4°; уклон земли i=0.09.

Процесс развития наклона склона (поз.30) и отклонения дерева от вертикали (поз.31) показан на фиг.10.

4-й пример

На фиг.11-13 показан пример анализа деформированного состояния другого протяженного по вертикали объекта - рекламного щита, сооруженного вблизи автодороги (схематически показан на фиг.11, поз.32).

Вследствие большей величины пучения грунтов со стороны автодороги, где нет снега, и меньшей величины пучения с противоположной стороны, где лежит снег, рекламный щит 32, постепенно отклоняется от вертикали.

В связи с тем, что продольная ось рекламного щита 32 не меняется по высоте, для прогноза развития его наклона на фиг.12 приведены схемы, составленные по фотографиям, сделанным в разные промежутки времени - через 1 год (поз.33), 2 года (поз.34), 3 года (поз.35) и через 4 года после его сооружения (поз.36).

Так же, как средние углы наклонов перекрытий зданий в 1-м и 2-м примерах и углы наклонов вертикальных и горизонтальных сечений отдельных ярусов дерева в 3-м примере, меняющиеся во времени углы отклонений рекламного щита 32 позволяют оценить процесс и степень опасности отклонения за прошедшие 4 года (см. график 37 на фиг.13), а на их основе - возможность прогноза дальнейшего развития наклона, необходимости его выправления или демонтажа.

Таким образом, преимущества предлагаемого способа состоят в следующем.

1) Повышение точности измерения деформаций здания, сооружения в процессе его возведения или после завершения строительства, что достигается:

- применением более простых и широко распространенных геодезических приборов;

- повышением точности измерений за счет увеличения базы измерений до размеров длины или ширины зданий, сооружения.

2) Повышение разрешающей способности анализа напряженно-деформированного состояния здания, сооружения в процессе его возведения или после завершения строительства, что достигается следующим:

- анализом напряженно-деформированного состояния здания на момент сооружения очередной группы этажей, а также на момент завершения строительства здания, сооружения в целом с учетом наклонов перекрытий после сооружения очередной группы этажей надземного строения, образовавшихся в процессе его возведения, или наклонов всех перекрытий, образовавшихся после завершения строительства;

- возможностью прогноза развития наклона здания, сооружения в процессе возведения очередной группы этажей или после завершения строительства;

- возможностью оценки необходимости инженерного вмешательства в строительный процесс, если в результате анализа будет установлено недопустимое развитие деформаций или напряжений;

- возможностью установления истории образования наклона здания, сооружения в процессе его возведения или после завершения строительства;

- возможностью реконструкции развития наклона уже построенного здания, сооружения или другого протяженного по вертикали объекта.

3) Возможность анализа пространственного положения других протяженных по вертикали объектов (деревьев, рекламных щитов, мачт и др.) - истории образования и прогнозов их деформаций во времени.

Список использованных материалов

1. Патент RU 2162917, МКИ 7 E02D 3/12, 37/00. Способ закрепления грунтов в основании деформированных зданий и сооружений. - Опубл. 10.12.2001, Бюл. 4.

2. Патент RU 2169238, МКИ 7 Е04В 1/00, E02D 3/12. Способ строительства зданий и сооружений на неравномерно сжимаемых грунтах. - Опубл. 20.06.2001, Бюл. 17.

3. ГОСТ 24846-81. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1981.

4. ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. / Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии.- М.: Стандартинформ, 2010.

5. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия / Госстрой России. - М.: ГП ЦПП, 2003.

6. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений / Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 2000.

7. Патент RU 2037604, МКИ 6 D 27/08, 37/00 E02D 27/34. Способ усиления фундамента здания, сооружения. - Опубл. 19.06.1995.

Формула изобретения

Способ строительства зданий, сооружений и других протяженных по вертикали объектов на неравномерно сжимаемых грунтах с введением в конструктивную схему зданий, сооружений дополнительных элементов жесткости, например железобетонных поясов, воздействие на грунт для изменения его свойств в процессе возведения строения, измерения деформаций и/или напряжений в основных и дополнительных элементах строения, причем измерения напряжений и деформаций производят после возведения каждой группы этажей надземного строения, далее определив напряженно-деформированное состояние строения с учетом его жесткости в пределах этажей, сооруженных к моменту измерений, и произведя оценку допустимости возникших осадок и напряжений к моменту измерений, фактических деформационных и прочностных характеристик грунтов оснований, ожидаемых значений напряжений и осадок к моменту возведения последнего этажа строения, после чего судят о необходимости и об объемах локального воздействия на грунт основания до полного возведения строения, причем при необходимости воздействия на грунт основания прекращают возведение строения или продолжают только в той его части, в основании которой не требуется воздействие на грунт, при необходимости осуществляют требуемое воздействие на грунт, например закрепление цементно-песчаными растворами, после чего продолжают возведение строения, отличающийся тем, что после сооружения очередной группы, например, из 2-5 этажей надземного строения производят измерения среднего наклона верхнего перекрытия над этой группой этажей и средних наклонов верхних перекрытий над всеми ранее сооруженными группами этажей, далее по соотношению средних величин наклонов перекрытий судят о деформациях основания и напряженно-деформированном состоянии строения к моменту каждого из измерений, о дальнейшем развитии деформаций и изменении напряженно-деформированного состояния до полного возведения строения, о необходимости воздействия на грунт, о прекращении возведения строения или о продолжении его строительства в той части, в основании которой не требуется воздействия на грунт, о необходимости введения в конструктивную схему дополнительных элементов жесткости, причем в случае, если измерения наклонов производилось только после завершения строительства, по соотношению наклонов перекрытий судят о ранее образовавшихся деформациях здания, сооружения.

РИСУНКИ