Спосіб усунення крену будівель, споруд

1. Спосіб усунення крену будівель, споруд, який полягає в тому, що з боку, протилежного крену будівлі, споруди, відривають котлован, визначають необхідну епюру осідань для вирівнювання будівель, споруд, проводять вибурювання ґрунту горизонтальними свердловинами одного або різних діаметрів в один або декілька рядів, паралельних підошві фундаменту, замочують грунт в свердловинах розрахунковими дозами води, який відрізняється тим, що в котловані вздовж довжини фундаменту з боку котловану залишають частину ґрунту, бокова поверхня якої паралельна боковій поверхні фундаменту, а її ширина визначається співвідношенням: 2 3 30009 4 окремих свердловин з величиною, меншою або більшою від середньої величини осідань у їхньому ряду, додатково їх замочують або піддають буроперемішувальній обробці або змінюють крок між парами свердловин. Корисна модель відноситься до галузі будівництва і може бути використана при захисту будівель та споруд від крену, що виник в процесі їх експлуатації. Відомий спосіб вирівнювання будівель і споруд, що включає буріння в основі фундаментів будівель і споруд, які одержали крен декількох паралельних рядів похилих свердловин постійного діаметру по їх довжині та заповнення похилих свердловин водою, при цьому буріння всіх рядів свердловин здійснюють у напрямку зверху вниз, а заповнення рядів свердловин водою виконують у напрямку знизу догори, при чому буріння свердловин та їх заповнення водою роблять починаючи від найбільш осілого кута споруди [Аналог. Авторське свідоцтво СРСР №1401110 Е02D27/34, 35/00]. Цей спосіб ефективний при усуненні крену будівель, споруд спеціального призначення насамперед ємкісних, які мають високу жорсткість, так як в фундаменті використана спеціальна залізобетонна плита, але, наприклад, при усуненні крену будівель, споруд із стрічковими фундаментами без відселення людей неприйнятний із-за низької керованості процесом вирівнювання, так як спосіб використовує похилі свердловини, то їх відстань від фундаменту збільшується по мірі глибини буріння, тому щоб отримати деформацію перфорованого шару основи під стрічками фундаменті необхідно збільшувати тиск на ґрунт. Тому для виклику одночасних осідань споруди при вирівнюванні, тобто щоб уникнути зависання окремих частин споруди, при похилих свердловинах виникає необхідність довантажувати фундаменти до запевнення свердловин водою до самого устя, щоб тим самим забезпечити замочування ґрунту навколо верхньої частини свердловин, тобто під частиною фундаментів, що менше осіла, яка підлягає максимальному осіданню. А це призводить до перевантаження перфорованого шару ґрунту під крайньою стрічкою фундаменту зі сторони устя свердловин до значного підвищення вологості ґрунтів і, як наслідок, різкого осідання будівель (більше 80мм за добу), це понижує керованість, а отже ефективність вирівнювання і протипоказане для будівель, які мають низьку жорсткість та будівель здеформованими конструктивними елементами. Недолік буріння всіх рядів похилих свердловин у повному обсязі в напрямку зверху вниз до їх замочування в зворотному напрямку, що не забезпечує можливості здійснення плавних осідань будівлі, а тобто виключає можливість керування процесом вирівнювання. Недолік буріння рядів свердловин та їх замочування, починаючи від найбільш просівшого кута, викликають недоліки. Найбільш просівше положення кута будинку або споруди при вирівнюванні необхідно приймати за "0" і відносно нього задавати відповідне осідання інших кутів будинку для забезпечення горизонтального положення фундаменту та вертикальності будинку. Тому буріння рядів свердловин від найбільш осілого кута збільшить крен будинку і ускладнить процес його вирівнювання. Бурінням рядів свердловин з наступним їх замочуванням починаючи від найбільш осілого кута неможливо вирівняти будівлю з поперечним креном без виникнення додаткових значних напружень і деформацій в конструктивних елементах будівлі внаслідок нерівномірних осідань фундаментів, які виникають вздовж фронту буріння. Крім того вирівнювання будівель з поперечними кренами, що найбільш характерно в практиці, шляхом буріння свердловин починаючи від найбільш осілого кута, передбачається буріння свердловин вздовж будівлі. довжина якої значно більша ширини, що суттєво ускладнює бурові роботи. Всі перераховані недоліки відомого способу в цілому знижують керованість процесом вирівнювання будівель, споруд, що унеможливлює вирівнювання будівель та споруд без припиненняїх експлуатації та відселення людей, і обмежують область його практичного застосування. Відомий спосіб, який полягає в тому, що з боку, протилежного крену будівлі, споруди відривають котлован, потім із під підошви фундаменту плити проводять вибурювання ґрунту горизонтальними свердловинами постійного діаметру, подають по шлангам холодну воду в свердловини для замочування ґрунту, навантажують будівлю, споруду додатковим зусиллям, наприклад, з допомогою відтяжок, які натягуються лебідкою [Ю.М. Абелєв, М.Ю. Абелєв. Основи проектування та будівництва на просадкових макропористих ґрунтах. М., Буд. видав, 1979, с.249-250. Аналог]. Відомий спосіб має достоїнство: його реалізація технологічно проста, він має елементи керування технологічним процесом усунення крену - шляхом формування додаткових зусиль дії на будівлю, споруду. Однак, відомий спосіб має суттєві недоліки, він може бути використаний для усунення крену тільки на об'єктах, які містять жорсткий фундамент, наприклад, димові труби, корпуса елеваторів, які мають в якості фундаментів суцільну залізобетонну плиту, тому він не може бути використаний при усуненні крену будівель, споруд, які мають гнучку схему фундаменту, наприклад, стрічкову або при усуненні крену будівель, споруд, які зазнали суттєвої деформації із-за нерівномірних осадок, крім того використання холодної води для замочування ґрунту є недостатньою для формування в ньому пластично деформованих областей із-за недостатнього 5 руйнування зв'язків між зернами, які викликають розрахункові осадки, а використання свердловин з постійним діаметром по їх довжині є недостатнім щоб не виникали нерівномірні деформації в конструкціях будівель, споруд. Тому відомий спосіб не може бути використаний для усунення крену жилих будівель без виселення людей, що різко обмежує область практичного застосування прототипу. Найбільш близький по фізичній і технічній суті до розробленого способу усунення крену будівель і споруд відомий спосіб вирівнювання будівель, споруд, що включає визначення геодезичними приладами від вертикалі верхньої точки будівлі, споруди і визначення кута їх нахилу, потім визначають трикутну епюру осідань будівлі, споруди, бурять в ґрунтовій основі під підошвою фундаменту горизонтальних свердловин з боку фасаду, який менше просів, один або декілька паралельних рядів, заповнюють свердловини водою, при цьому свердловини бурять поетапно із змінними діаметрами різних ділянок свердловин, які розраховують по формулі: d= 4SU , pК1К 2К 3 де S - потрібна осадка будівлі на відповідних ділянках; U - крок свердловин; К1, К2, К3 безрозмірні експериментальні коефіцієнти, які враховують відповідно: збільшення діаметру свердловини в результаті радіального биття шнеків при їх бурінні; значення контактних дисків під підошвою фундаментів та фізико-механічні характеристики шару ґрунту, ослабленого буровими свердловинами; недоущільнення ґрунту порушеної структури, який заповнює порожнину свердловин, причому в усті свердловин улаштовують ґрунтові перемички, а зволоження ґрунту навколо свердловин здійснюють поетапно дозовою подачею гарячої води, буріння рядів свердловин здійснюють почергово у напрямку знизу вгору, при цьому буріння кожного наступного ряду здійснюють після стабілізації осідань будівлі, споруди внаслідок буріння та заповнення водою попереднього ряду, при чому для вирівнювання будівель, споруд в поздовжньому напрямку свердловини бурять в поперечному напрямку будівлі, із зменшенням діаметрів та збільшенням кроків у напрямку по фронту буріння, від менш до більш просілої частини будівлі, споруди з постійним діаметром по їх довжині, яка перевищує ширину будівлі [І.В. Степура, В.С. Шокарев, А.В. Павлов, А.С. Трегуб, Р.В. Савченко, Деклараційний патент на винахід №65455 А, Україна, Спосіб вирівнювання будівель і споруд, Бюл. №3, 15.03.2004. Прототип]. Відомий спосіб має ряд достоїнств в порівнянні з аналогами змінні параметри буріння рядів свердловин - ступінчаті свердловини при вирівнюванні в поперечному напрямку будівель, споруд, та зменшення діаметрів і збільшення кроків у напрямку по фронту буріння від менш до більш просілої частини будівлі, споруди в разі вирівнювання в поздовжньому напрямку забезпечують примусове осідання будівель за 30009 6 епюрою, близькою до трикутної форми - саме така форма епюри, тобто лінійна закономірність осідань будівлі забезпечує можливість вирівнювання деформованих будівель будь яких конструктивних рішень, в тому числі і гнучких, без посилення деформованого стану [Ю.М. Абелєв М.Ю. Абелєв. Основи проектування та будівництво на просадочних макропористих ґрунтах. М., Буд видав, 1979, с.249-250], тому рекомендована формула дозволяє отримати орієнтовані змінні параметри буріння - діаметри та кроки свердловин в залежності від зміни значень осадок епюри просідань на відповідних ділянках. Дозове замочування ґрунту навколо свердловин забезпечує поступове збільшення їх вологості, а отже, викликає плавні осідання будівлі. Замочування свердловин гарячою водою з температурою більше 60°С у значній мірі збільшує осідання будівель у порівнянні з замочуванням холодною водою за рахунок збільшення пластичних деформацій фунтів із-за більш інтенсивного руйнування природних зв'язків між частинками ґрунту та їх агрегатами. Крім підвищеної керованості процесу вирівнювання ця відмінна ознака - замочування гарячою водою, сприяє зниженню об'єму бурових робіт і тим самим скороченню терміну вирівнювання, через те що сприяє зменшенню кількості рядів свердловин. Але, відомий спосіб вирівнювання будівель і споруд має суттєвий недолік, він не дозволяє при розрахунку змінних параметрів свердловин по вийде приведеному співвідношенню здобути результати з врахуванням реальних фізичних процесів, що виникають при усуненні крену будівель і в першу чергу процесу формування структури розподілення пластично деформованих областей в ґрунтовій основі під фундаментом, крім того, при розрахунку мінних параметрів у відомому способі не враховуються параметри, пов'язані з технологічним процесом усунення крену, а саме зміна кута нахилу, зміна ексцентриситету прикладання навантаження, параметри пластично деформованих зон, наприклад, виникаючих по периметру горизонтальних свердловин після їх буріння, геометричні параметри фізичної моделі системи "фундамент-ґрунтова основа". Приведені недоліки не дозволяють відомі способи вирівнювання будівель, споруд зробити керованими з врахування особливостей формування пластично деформованих областей ґрунту під фундаментом в процесі усунення крену, а також здобути достатньо точні результати розрахунку змінних параметрів скважин, що не дозволяє поширити область практичного застосування способу, наприклад, спільно з автоматичними системами керування технологічним процесом усунення крену будівель, споруд. В основу корисної моделі поставлена задача здобуття технічного результату, який дозволяє поширити область застосування розробленого способу усунення крену будівель, споруд. Технічний результат досягається тим, що в способі усунення крену будівель, споруд з боку, протилежного крену будівлі, споруди відривають 7 котлован, визначають необхідну епюру осідань для вирівнювання будівель, споруд, проводять вибурювання ґрунту горизонтальними свердловинами одного або різних діаметрів в один або декілька рядів, паралельних підошві фундаменту, замочують ґрунт в свердловинах розрахунковими дозами води, в розробленому способі в котловані вздовж довжини фундаменту із боку котловану залишають частину ґрунту, бокова поверхня якої паралельна боковій поверхні фундаменту, а її ширина, визначається співвідношенням: 1 æ P sin(j - d ) ö bФ ÷, bC ³ ç 2 ç g sin(a - j) ÷ è ø де a - кут нахилу будівель, споруд; d - кут між вертикальною складовою навантаження і перпендикуляром до поверхні ґрунту; j - кут тертя; g - питома вага ґрунту; bФ - ширина фундаменту; Р - навантаження на ґрунтову основу під підошвою фундаменту; bС - ширина ґрунту, залишеного вздовж бокової поверхні фундаменту із сторони котловану. Розраховують висоту hП вихідних пластично деформованих ділянок ґрунту по краям фундаменту, розраховують допустиму їх висоту hmax, яка визначається співвідношенням: hmax » bФ / 4, де hmax - допустима висота вихідних пластично деформованих областей по краям фундаменту; bФ - ширина фундаменту; якщо висота hП вихідної пластичної області порівнянна з допустимою її висотою hmax , бурять перший ряд свердловин розташований від підошви фундаменту на відстані hmax, при цьому свердловини виконані з одним діаметром і одним кроком, що визначається співвідношенням: t C1 = 2DC , де tС1 - шаг буріння свердловин в першому ряді; D C - ширина пластично деформованої кільцевої області ґрунту кожної свердловини в першому їх ряді, заповнюють свердловини однаковою дозою води, визначають епюру осідань по довжині фундаменту, необхідну для усунення крену, у відповідності з епюрою визначають по довжині фундаменту різні діаметри свердловин і відстань між кожною їх парою, вибурюють під першим рядом свердловин другий ряд з свердловинами різного діаметру, замочують ґрунт в свердловинах другого ряду розрахунковою дозою води, при цьому відстань між любою парою поряд розташованих свердловин у напрямку другого ряду визначається співвідношенням: D 2.C = D1.2 + D 2.2 ;...D j-1.2 + D j.2, де D 2.C - відстань між будь-якою парою поряд розташованих свердловин у напрямку другого ряду; D1.2, D 2.2, D j-1.2, D j.2 - відповідно ширина пластично деформованої кільцевої області ґрунту, що формується по периметру кожною із двох поряд розташованих свердловин, якщо висота hП вихідної пластичної області значно менше її допустимої висоти hmax визначають епюру осідань 30009 8 по довжині фундаменту, необхідну для усунення крену, у відповідності з епюрою розраховують по довжині фундаменту різні діаметри свердловин і відстань між кожною їх парою, які вибурюють в першому ряді на відстані hmax від підошви фундаменту, якщо при виникненні локальних осідань в ділянці окремих свердловин з величиною, меншою або більшою середньої величини у їхньому ряду, то додатково їх замочують або піддають буроперемішуючій обробці або змінюють шаг між парами свердловин. Відмінні особливості розробленого способу усунення крену будівель, споруд дозволяє вважати, що він має елементи новизни. При пошуку по науково-технічним і патентним джерелам не виявлені технічні рішення, що мають відмінні ознаки технічного рішення, що заявляється, тому воно характеризується суттєвими відмінами. На Фіг.1 приведена схема використання розробленого способу усунення крену будівель, споруд. На Фіг.2 показані свердловини після буріння. На Фіг.3 приведена схема для розрахунку ширини залишеної частини ґрунту по довжині фундаменту в котловані. При використанні розробленого способу усунення крену будівель, спору з боку, протилежного крену будівель, споруд a відривають котлован, що має ґрунтову поверхню 1 (Фіг.1), створеною частиною ґрунту 4, яка паралельну боковій поверхні фундаменту 2 по всій його довжині l Ф , і має ширину bC, що визначається співвідношенням: 1 æ P sin(j - d ) ö bФ ÷, bC ³ ç 2 ç g sin(a - j) ÷ è ø де a - кут нахилу будівель, споруд; d - кут між вертикальною складовою навантаження і перпендикуляром до поверхні ґрунту (Фіг.3); j кут тертя; g - питома вага ґрунту; вФ - ширина фундаменту 2; Р - навантаження на ґрунтову основу 3 під підошвою фундаменту 2; bС - ширина частини ґрунту 4, залишеного вздовж бокової поверхні фундаменту 2. Потім розраховують висоту hП вихідних пластично деформованих областей РИ ґрунту 3 по краям фундаменту 2 (Фіг.1), розраховують допустиму висоту hmax вихідних областей РИ (Фіг.1), яка визначається співвідношенням: hmax » bФ / 4, де hmax - допустима висота вихідних пластично деформованих областей РИ по краям фундаменту 2; bФ - ширина фундаменту 2. Якщо висота hП вихідної пластичної області РИ порівнянна з допустимою її висотою hmax, бурять перший ряд Р1С (Фіг.1, Фіг.2) свердловин С1.1, С2.1-СК.1 одного діаметру dС розташованих від підошви фундаменту 2 на відстані hmax (Фіг.1) і з одним шагом t1С (Фіг.2), що визначається співвідношенням: t= 2DC , C1 9 де t1С - шаг розташування свердловин; D C ширина пластично деформованої кільцевої області 6 ґрунтової основи, що створюється кожною свердловиною із їх безлічі С1.1, С2.1-СК.1 в першому їх ряді Р1С Заповнюють свердловини С1.1, С2.1-СК.1 однаковою дозою води, визначають епюру осадок по довжині l Ф фундаменту 2, необхідну для усунення крену a (Фіг.1, Фіг.3), у відповідності з епюрою визначають по довжині l Ф фундаменту 2 різні діаметри d1.2, d2.2-dj.2 свердловин С1.2, С2.2Сj.1 і відстань t1.2-tj.2 між кожною їх парою, наприклад, С1.2-С2.2 (Фіг.2), вибурюють під першим рядом Р1C свердловин другий ряд Р2C з свердловинами С1.2, С2.2-Сj.2 різного діаметру d1.2, d2.2-dj.2, замочують ґрунт в свердловинах другого ряду Р2C розрахунковою дозою води, при цьому відстань між будь-якою парою поряд розташованих свердловин у напрямку другого ряду Р2C визначається співвідношенням: D 2.C = D1.2 + D 2.2 ;...D j-1.2 + D j.2, де D 2.C - відстань між любою парою поряд розташованих свердловин у напрямку другого ряду; D1.2, D 2.2, D j-1.2, D j.2 - відповідно ширина пластично деформованої кільцевої області ґрунту, що формується по периметру кожною із двох поряд розташованих свердловин. Якщо висота hП вихідної пластичної області значно менше її допустимої висоти hmax визначають епюру осадок по довжині фундаменту, необхідну для усунення крену, у відповідності з епюрою розраховують по довжині фундаменту різні діаметри свердловин і відстань між кожною їх парою, які вибурюють в першому ряді на відстані hmax від підошви фундаменту. Якщо при виникненні локальних осадок в області окремих свердловин з величиною, меншою або більшою середньої величини осадок у їхньому ряді, то додатково їх замочують або піддають буроперемішувальній обробці або змінюють шаг між парами свердловин. В розробленому способі усунення крену будівель, споруд використані теоретичні результати і фізичні закономірності із області механіки ґрунтів: - поширення області граничної рівноваги в ґрунті на глибину h=в/4 практично не впливає на несучу здатність ґрунтової основи, а залежність осадки від навантаження при цьому залишається лінійною [З.Г. Тер-Мартиросян. Механіка ґрунтів. Учбовий посібник. - М.: Вид. Асоціації будівельних вузів, 2005. - 488с, с.391], найбільш ефективним методом збільшення несучої здатності будівель, споруд є заглиблення фундаменту, при цьому стає можливим формування зон пластичних деформацій симетрично відносно країв підошви фундаменту (Фіг.1) при різних навантаженнях РИ, Р1 Р2, Р3, де РИ - пластична область при навантаженні на будівлю з вихідним значенням крену, Р1, Р2, Р3 пластичні області з різними навантаженнями, що збільшуються [Н.В. Орнатський. Механіка ґрунтів. Підручник для університетів, Вид. Московського університету. 1962. - 447с., с.428]; - при вибурюванні горизонтальних свердловин в 30009 10 ґрунтовій основі по їх периметру виникають кільцеві зони пластичних деформацій [К. Терцаги. Теорія механіки ґрунтів. Переклад з німецької. Державне видавництво літератури по будівництві. - М. 1961. - 507с. с.422]; - розрахункова схема для визначення товщини ґрунту під підошвою фундаменту , при якій наступає його руйнування і ширини частини ґрунту, що залишається вздовж довжини фундаменту в котлован приведена на Фіг.3 [М.Є. Харр. Основи теоретичної механіки ґрунтів. Переклад з англійської. Вид. літератури по будівництву. - М. 1971. 320с., с.215]. Розроблений спосіб усунення крену будівель і споруд дозволяє значно збільшити умови безпеки експлуатації будівель, споруд при усуненні їх крену, за рахунок попереднього збільшення їх стійкості шляхом використання фізичного принципу заглиблення фундаменту в ґрунтовій основі при однаковій осадці фундаменту по його довжині, а улаштування котловану з частиною ґрунту, що залишається, вздовж довжини фундаменту дозволяє проводити розрахунок осадок фундаментів по теоретичним співвідношенням. Ці особливості розробленого способу усунення крену будівель і споруд дозволяє поширити область його практичного застосування. 11 30009 12