Геодезический контроль геометрии выравниваемого здания

Аннотация

Ю.С. Забазнов, И.Г. Гайрабеков, Ю.И. Пимшин

Рассматриваются вопросы восстановления эксплуатационной надежности зданий, получивших сверхнормативные крены методом подъема и выравнивания. Предлагается методика геодезического контроля процесса выравнивания здания, согласно которой при выравнивании контролируются комплекс геометрических параметрических параметров, характеризующих   напряженно-деформированное   состояние   здания.   Одновременно   с измерением координат углов здания берут отсчеты по часам, и, обработав полученные данные, получают важную информацию о процессах, происходящих со зданием при его выравнивании. По этим данным строят графики зависимости геометрических параметров выравниваемого здания от времени. Тем самым процесс выравнивания выполняется без дополнительных деформаций, и, соответственно, без новых повреждений конструкций и элементов здания.
Ключевые слова: Координаты, отсчеты, выравнивание, подъем, деформация, крен, эксплуатационная надежность

25.00.32 - Геодезия

Уровень эксплуатационной надежности сооружения характеризуется его техническим состоянием. Выбор метода восстановления эксплуатационной надежности сооружения принимается по результатам  обследования его технического состояния.
С точки зрения геодезии, эксплуатационная надежность оценивается по соответствию реальных геометрических параметров проектным. Изменение геометрических параметров связано с изменением напряженно-деформированного состояния строительных конструкций сооружения, оценка которого выполняется путем осуществления комплекса контрольно-измерительных работ. Для более объективной оценки напряженно-деформированного состояния необходимо определить полную геометрию деформированного сооружения и его конструкций. По результатам такого обследования оценивается техническое состояние сооружения, принимается решение о необходимости восстановления эксплуатационной надежности сооружения и выборе метода восстановления. Практика показывает, что наиболее прогрессивным методом восстановления эксплуатационной надежности является метод подъема и выравнивания здания гидросистемой. Одними из главных задач, решаемых на стадии подъема и выравнивания сооружения, являются определение реальной деформированной геометрии выравниваемого сооружения и контроль над изменением такой геометрии непосредственно в процессе его подъема и выравнивания.
Наиболее эффективной технологией решения таких задач является технология  электронно-блочной тахеометрии, позволяющая получить более полную картину деформированного состояния, как всего сооружения, так и его отдельных частей, а также более полно и точно контролировать изменение геометрии выравниваемого сооружения. Таким образом, при реализации данной технологии решаются две задачи:
-статическая - определение реальной геометрии здания;
-динамическая - контроль над изменением геометрии сооружения в процессе его подъема и выравнивания.
При подъеме здания возникают напряжения из-за неравномерной деформированности конструкций, в том числе  горизонтально ориентированных конструкций. Если контроль  выравнивания здания производить только по выравниванию фундамента, в частности-перекрытия цокольного этажа, то, зачастую, возникают сверхнормативные деформации в некоторых выше расположенных элементах конструкций зданий. В качестве примера на рис. 1 представлен график вертикальных деформаций выравниваемого здания по главному фасаду (крупнопанельный 6-ти подъездный 9 этажный жилой  дом, расположенный в г. Белово Кемеровской области) на уровне цоколя и на уровне крыши. Как видно из графика, конструкции здания подвержены большим деформациям на уровне крыши.
Таким образом, целесообразно при подъеме и выравнивании здания контролировать изменение комплекса геометрических параметров, характеризующих в полном объеме деформированное состояние здания, которые определяются при его геодезической диагностике.

      Рис.1 График вертикальных деформаций выравниваемого здания на уроне крыши и цоколя

К таким параметрам относятся:

1. q_x   и  q_y - частные крены соответственно по осям X  иY;

где i, j - номера точек, образующих ребро сооружения;
 координаты соответствующих точек, определяемые до выравнивания;
 координаты соответствующих точек, определяемые в процессе выравнивания.

2. Q- общий крен здания;

3. i    -  относительный крен здания
i = Q/H,
где H - высота здания;

4.υ - угол относительного закручивания ребер сооружения

5. ν - относительный угол скручивания плоскости
tgij = () /;

6. α- угол взаимного кручения отдельных частей здания
=i-j,где и  скручивание отдельных стен здания;

7. ε - изменение линейного размера плоскости стены в верхнем сечении
ε_i = Sqх,у(по стороне);

8. А- амплитуды (стрелы прогибов) поверхности перекрытия цоколя.

Комплекс вышеприведенных геометрических параметров позволяет контролировать процесс выравнивания, а именно: пространственное положение вертикально - и горизонтально ориентированных конструкций, степень их деформированности. Кроме того выявляются зоны напряжений, образуемые в отдельных строительных конструкциях и в узлах их соединений. А такая информация позволяет вводить изменения в технологию выравнивания. Тем самым процесс выравнивания выполняется без дополнительных деформаций.
Если в процессе подъема одновременно с измерением координат углов здания брать отсчеты по часам, то, обработав полученные данные, можно получить важную информацию о процессах, происходящих со зданием при его выравнивании. Для этого строят графики зависимости кренов, величин сжатия стен, углов скручивания стен и величин подъема от времени.
Для контроля геометрии поднимаемого здания используется метод электронной тахеометрии. С помощью электронного тахеометра в период времени t₀ = 0, который можно принять за начало измерений, определяют координаты  точек 1, 2, 3…n. т.е. . При этом  начальные скорости перемещения наблюдаемых точек  будут соответственно равны   . По истечении определенного времени, t₁ ≠ 0 определяем пространственные координаты точек 1, 2, 3 …n ( ) и находим приращения координат

Соответственно скорости перемещения точек за время  t₁ ≠ 0  составят

Определяем за соответствующий промежуток времени  ускорения перемещения точек 1, 2, 3…n,

;
;

Далее по известным значениям скоростей и ускорений вычисляют координаты наблюдаемых точек через определенный интервал времени. Таким образом, априорно устанавливаем пространственное положение наблюдаемых точек и рассчитываем комплекс вышеприведенных геометрических параметров, позволяющих более точно характеризовать напряженно-деформированное состояние выравниваемого здания.

Рис. 2 Изменение скоростей и ускорений наблюдаемых точек

Затем определяем в результате очередных измерений реальные координаты точек 1, 2, 3..n: .
Вычисляем приращения координат за время t₂:

Определяем скорости и ускорения перемещения наблюдаемых точек:

Вновь вычисляется комплекс геометрических параметров и, в зависимости от деформированного состояния здания, оператор  изменяет режим выравнивания здания  либо путем изменения скорости домкратов, либо включением (выключением) отдельных домкратов. Такие работы проводятся до полного выравнивания здания.

В качестве примера на рис.3-6 представлены графики подъема и выравнивания  и график изменения частных кренов по осям Х и У ребер  в процессе подъема здания, расположенного  в п. Кудепста Краснодарского края. Рассматриваемое здание было поднято с одним перемонтажем домкратной системы. При этом юго-западный угол был поднят на 16 см. В процессе подъема зданию был придан контркрен 20 мм.
Задача по подъему и выравниванию здания была успешно решена.

Рис.3 График подъема здания по стороне 3-4

Рис.4 График подъема здания по стороне 2-3

Рис.5 График изменения частных кренов по оси Х ребер здания в процессе подъема

Рис. 6 График изменения частных кренов по оси У ребер здания в процессе подъема

Литература

1. Пимшин Ю.И., Гайрабеков И.Г. Техническая экспертиза зданий//Изв. Вузов. Сев. - Кавк. регион. Техн. - науки.-2006.-Прил.№16.-С.153-162.
2. Руководство по наблюдению за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений.- М.: Стройиздат, 1975.- 160 с.