Деформации здания: Виды деформаций зданий и сооружений – Деформации зданий

- Три причины деформаций здания, выявляемые зимой

Почему важно установить наблюдение за трещинами до наступления зимы? Какую информацию можно получить при помощи маяков в период с осени до весны?

В теплый период года наблюдать за трещинами при помощи маяков достаточно комфортно, но летом мы можем получить только часть необходимой информации. Оставшуюся часть данных о характере деформаций здания мы узнаем в период с осени по весну. И часто без этих данных не обойтись. Конечно, в холода наблюдать за трещинами бывает непросто, но это крайне необходимо для получения актуальной и достоверной информации о происходящих в здании деформациях. Приведем три примера причин деформаций здания, которые мы можем выявить только в период с осени по весну, наблюдая за трещинами с использованием маяков.

Деформации из-за морозного пучения

Важно установить наблюдение за трещинами до момента промерзания грунтов на значительную глубину. Это позволит отследить начало деформаций, связанных с морозным пучением грунтов. Обычно морозному пучению подвержены строительные конструкции, которые имеют малый вес, недостаточную глубину заложения фундаментов и грунты в основании, имеющие пучинистые свойства. Нельзя забывать про то, что бывает боковое морозное пучение, когда глубина заложения фундаментов достаточна, но за счет смерзания пучинистого грунта с боковой поверхностью фундамента происходит подъем здания. В зависимости от конструктивных особенностей здания и места расположения, трещины при морозном пучении грунтов могут как раскрываться, так и закрываться. Соответственно, в случае с морозным пучением, для установления причины появления трещины, необходимо отследить ее изменение во времени в течение всего периода — от начала замерзания грунтов и вплоть до полного их оттаивания. Если причиной служит очень малая глубина заложения фундамента, либо боковое пучение, то изменения ширины раскрытия трещины могут начать проявляться уже в начале зимнего периода. Если же мы фиксируем изменения в конце зимнего периода, когда глубина промерзания грунтов приближается к максимальным значениям, то это может свидетельствовать о менее серьезных проблемах, которые будет проще устранить — например, при помощи утепления отмостки.

На процессы пучения может оказывать влияние, например, повышенная влажность грунтов, образовавшаяся в осенний период из-за отсутствия поверхностного водоотвода. В данном случае величина пучения будет не такой большой и при наблюдениях, в некоторых случаях, можно зафиксировать остановку этого процесса в середине зимы, когда увлажненная прослойка полностью замерзла. Наиболее сильный подъем конструкций здания происходит в случаях, когда грунты основания обладают сильнопучинистыми свойствами, и пучение носит постоянный характер на протяжении всего зимнего периода за счет капиллярного подъема влаги из нижних горизонтов незамерзшего грунта основания здания.

Если причиной деформации здания является морозное пучение, то при наблюдениях за трещинами при помощи маяков важно выявить время начала и завершения процесса пучения, по возможности оценить величину и места подъема конструкций. Для качественного анализа картины деформаций необходимо сделать схему расположения трещин в здании и составить для каждой трещины график изменения ширины раскрытия.

Отметим, что наблюдения в зимний период позволяют не только выявить факт и характер влияния морозного пучения на деформации конструкций, но и исключить эту причину деформаций из списка возможных причин в случаях, когда процессы пучения отсутствуют, но предположительно возможны.

Температурные деформации

Влияние температурных деформаций строительных конструкций здания на развитие трещин проще всего выявить в период наибольших колебаний температуры. Очень много трещин в зданиях образуется именно из-за температурных деформаций конструкций, которые не были учтены при проектировании, строительстве или дальнейшей эксплуатации здания. При наблюдениях за любыми трещинами, следует в журнале наблюдений отмечать температуру окружающего воздуха, либо самой конструкции. Это позволяет связать изменения температуры с изменением ширины раскрытия трещины. В подавляющем большинстве случаев ширина трещины зимой будет увеличиваться. Это касается не только трещин, причиной образования которых являются температурные деформации. Но и любой другой трещины, имеющей достаточно большую протяженность и расположенную в ограждающих конструкциях здания. Говорить о том, что данная трещина образовалась из-за температурных деформаций можно только тогда, когда кроме факта изменения ширины раскрытия трещины, синхронного с изменением температуры, есть другие основания. Например, если трещина в кирпичной кладке расположена в конце протяженного железобетонного элемента, такого как перемычка. Либо в здании отсутствуют деформационные швы с периодичностью, установленной нормами для данных конструкций. Обычно температурные трещины существенно увеличиваются зимой и приходят в прежнее положение летом.

Деформации из-за замачивания грунтов

Бывают ситуации, когда в течение всей зимы трещины находятся в относительно стабильном состоянии, но с приходом весны неожиданно приходят в движение. Если наблюдение установлено до начала промерзания грунтов, то причиной скорее всего не является оттаивание пучинистого грунта. Более вероятно, что деформации связаны с начавшимся замачиванием грунтов после их оттаивания. Весной тает снег, и талые воды могут обводнять не только поверхностные слои грунта, но и уходить глубже в основание здания. А это в свою очередь может вызывать различные процессы — просадку просадочных грунтов, оседание и уплотнение разуплотненных слоев грунта, суффозию мелких частиц грунта, карстовые явления и т.п. Если в весенний период фиксируется резкое повышение активности трещин, то следует постараться выявить места и источники увлажнения грунтов основания. Часто источниками проблем являются поступление талых вод в подвалы зданий, разрушенная отмостка, грунт обратной засыпки, хорошо пропускающий воду, отсутствие поверхностного водоотвода талых вод из-за рельефа местности, либо неправильной вертикальной планировки, засоры ливневой канализации и т.д.

39. Основные типы зданий и сооружений по жесткости и формы их деформации.

По чувствительности сооружений и неравномерным осадкам их можно разделить на 3 вида:

  • 1. Абсолютно гибкие сооружения - сооружения под действием внешних нагрузок следуют за осадками основания, при этом дополнительные усилия в них практически не возникают (земляные насыпи)

  • 2. Абсолютно жесткие сооружения - (дымовые трубы, водонапорные башни, опоры мостов и др.)

  • 3. Сооружения с конечной жесткостью - (здания с полным и неполным каркасом, имеющие в своем составе разрезные и неразрезные конструкции, а также кирпичные, крупноблочные и крупнопанельные здания).

Формы деформаций сооружений как результат их совместной работы с основаниями

1. Прогиб 2.Выгиб (перегиб) 3. Крен

Деформация сооружения в виде выгиба с

раскрытием возможных трещин сверху

4. Перекос 5. Скручивание (кручение) 6. Горизонтальные перемещения

40. Виды деформаций оснований.

Деформации оснований сооружений происходят за счет взаимного перемещения частиц грунта и их сжимаемости.

Основными факторами, влияющими на сжимаемость грунта являются:

1) пористость и величина сжимаемой толщи;

2) вес, размеры, форма и конструктивная жесткость фундамента;

3) конструктивная жесткость, распределение давления по подошве фундаментов, тип и материалы несущих надфундаментных конструкций;

4) природные факторы (способность грунтов к просадкам, пучению при замерзании и оттаивании, изменение уровня грунтовых вод и т.д.) и др.

Виды деформаций оснований

1)Осадка - вертикальное перемещение поверхности грунта под подошвой фундамента, связанное с передачей на основание нагрузки от сооружения. Осадка основания :

1.перемещения точек поверхности грунта под всей площадью фундамента одинаковы .

2.перемещения точек поверхности грунта под всей площадью фундамента неодинаковы .

Осадку, соответствующую окончательному уплотнению грунта, называют полной, конечной или стабилизированной.

2)Просадка - быстро протекающее перемещение грунта, происходящее под воздействием внешних нагрузок и веса грунта, но при коренном изменении его структуры (вследствие замачивания лессовидных грунтов, оттаивания вечномерзлых грунтов и др.).

3)Подъем поверхности основания происходит вследствие набухания грунтов при дополнительном увлажнении, при промораживании.

4)Усадка - понижение поверхности при высыхании.

5)Горизонтальные перемещения происходят под воздействием наклонных нагрузок, при размещении сооружения вблизи откосов, вследствие подземных подработок.

Следует учитывать три характеристики осадок сооружения:

1) максимальную величину осадки;

2) разность осадок соседних частей, которая приводит к их относительному повороту;

3) разность осадок фундамента, которая приводит к деформациям и искажениям всей конструкции;

41. Физико-механические свойства грунтов и методы их определения.

Описание основных физико-механических характеристик рекомендуется приводить в табличной форме. Для оценки каждого слоя определяются характеристики:

-удельный вес сухого грунта

-коэффициент пористости

-удельный вес грунта во взвешенном состоянии

-степень влажности

-число пластичности

-показатель текучести

-полная влагоемкость

Тип пылевато-глинистого грунта определяется в зависимости от числа пластичности. Состояние пылевато-глинистых грунтов устанавливается в зависимости от типа грунта и показателя текучести. На основании анализа физико-механических свойств грунтов делается вывод о пригодности каждого слоя грунта к использованию в качестве естественного основания фундаментов. В качестве естественного основания не рекомендуется использовать : глинистые грунты в текучем и текуче-пластичном состоянии ,с коэф. пористости е >1;песчаные грунты в рыхлом и водонасыщенном состоянии.

§ 2.5. Определение деформаций зданий

Под воздействием постоянных и переменных нагрузок в зданиях могут возникать деформации. Они подразделяются на местные, когда перемещения, прогибы или повороты происходят в узлах и конструкциях, и общие, когда перемещается и деформируется здание в целом. В свою очередь, деформации могут быть остаточными и упругими, исчезающими при снятии нагрузки.

Для измерения местных деформаций используются различные системы прогибомеров и индикаторы часового типа.

Общие деформации здания являются следствием просчетов в подборе фундаментов, что приводит к неравномерной осадке различных частей здания, а также к нарушениям эксплуатационного режима - замачиванию грунтов вследствие аварии сетей водо- и теплоснабжения, изменению гидрогеологических условий.

Для измерения осадок, кренов, смещений зданий используют методы инженерной геодезии. Смысл диагностики заключается в сопоставлении отметок реперов и осадочных марок. Реперы закладываются на такую глубину, чтобы их основанием служили практически несжимаемые грунты. Их располагают вокруг здания на расстоянии 30-100 м.

Осадочные марки устанавливают в фундаменты по периметру здания. Положение их осей выносят на стены и фиксируют несмываемой краской. С помощью нивелирования определяют характер общих осадок для различных участков здания (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Схемы определения осадки зданий и кренов а - схема регистрации осадки здания: Роп - опорные репера; ОМ - осадочные марки; б, в - определение крена здания методом измерения горизонтальных углов: А, А1 - центры знаков на расстоянии 30-50 м от здания; СС1 - удаленные знаки; В - марка на верхней части здания; γ, γ1 - измеряемые углы

Крены зданий фиксируют боковым нивелированием или измерением горизонтальных углов. Использование клинометров и кренометров позволяет получить более точные характеристики деформаций. Для измерения наклонов используют точные уровни с измерительным винтом.

Линейная величина частных кренов, мм, определяется по зависимостям (рис. 2.8,б)

где γ, γ1 - приращение угла в одну сторону; L, L1 - расстояние от сооружения до знака; ρ - коэффициент перевода углов в линейное значение.

Измерение сдвигов зданий осуществляется с помощью теодолита. При этом боковое смещение измеряют от прямых линий, фиксируемых вдоль периметра здания. В качестве линии отсчета используют струну или лазерный луч.

Более точным средством регистрации деформаций является метод фотограмметрии, который позволяет получать графическое изображение объекта с параметрами отклонений различных его точек.

Особое внимание при диагностике технического состояния зданий отводится оценке геометрического положения несущих и ограждающих конструкций, узлов и сопряжений, деформаций в виде прогибов, угловых смещений и т.п. Эти параметры измеряются традиционными методами и сравниваются с допустимыми значениями.

В местах, неудобных для геометрического нивелирования из-за стесненности условий работ, используется гидростатическое нивелирование. Гидростатический прибор подвешивается к высотным маркам и по разности отсчетов по соседним трубкам определяется величина превышений. Точность измерений составляет 0,1 мм.

После регистрации деформаций отдельных конструкций производят сравнение с допустимыми значениями (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Глава 1. Виды деформации и причины их возникновения

Оглавление

Введение……………………………………………………………….

Глава 2. Наблюдения за деформациями зданий и сооружений

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Все сооружения испытывают различного рода деформации, вызываемые конструктивными особенностями, природными условиями и деятельностью человека.

Наблюдения за деформациями зданий и сооружений начинают с момента их возведения и продолжают в процессе эксплуатации. Они представляют собой комплекс измерительных и описательных мероприятий по выявлению величин деформаций и причин их возникновения.

По результатам наблюдений проверяется правильность проектных расчетов, и выявляются закономерности, позволяющие прогнозировать процесс деформации и своевременно предпринять меры по ликвидации их последствий.

Для сложных и ответственных сооружений наблюдения начинают одновременно с проектированием. На площадке будущего строительства изучают влияние природных факторов и в этот же период создают систему опорных знаков с тем, чтобы заранее определить степень их устойчивости.

На каждом этапе возведения или эксплуатации сооружения наблюдения за его деформациями производят через определенные промежутки времени. Такие наблюдения, проводимые по календарному плану, называются систематическими.

В случае появления фактора, приводящего к резкому изменению обычного хода деформации (изменение нагрузки на основании, температуры окружающей среды и самого сооружения, уровня грунтовых вод, землетрясения и др.), выполняют срочные наблюдения.

Параллельно с измерением деформаций для выявления причин их возникновения организуют специальные наблюдения за изменением состояния и температуры грунтов и подземных вод, температурой тела сооружения, метеорологических условий и т. п. Ведется учет изменения строительной нагрузки и нагрузки от установленного оборудования.

Для производства наблюдений составляют специальный проект, который в общем случае включает в себя:

- техническое задание на производство работ;

- общие сведения о сооружении, природных условиях и режиме его работы;

- схему размещения условных и деформационных знаков;

- принципиальную схему наблюдений;

- расчет необходимой точности измерений;

- методы и средства измерений;

- рекомендации по методике обработки результатов измерений и оценке состояния сооружения;

- календарный план (график) наблюдений;

- состав исполнителей, объемы работ и смету

Виды деформации и причины их возникновения

Вследствие конструктивных особенностей, природных условий деятельности человека сооружения в целом и их отдельные элементы испытывают различного рода деформации.

В общем случае под термином деформация понимают изменение формы объекта наблюдений. В геодезической же практике принято рассматривать деформацию как изменение положения объекта относительно какого-либо первоначального.

Под постоянным давлением от массы сооружения грунты в основании его фундамента постепенно уплотняются (сжимаются) и происходит смещение в вертикальной плоскости или осадка сооружения. Кроме давления от собственной массы, осадка сооружения может быть вызвана и другими причинами: карстовыми и оползневыми явлениями, изменением уровня грунтовых вод, работой тяжелых механизмов, движение транспорта, сейсмическими явлениями и т.п. При коренном изменении структуры пористых и рыхлых грунтов происходит быстро протекающая во времени деформация, называемая просадкой.

В том случае, когда грунты под фундаментом сооружения сжимаются неодинаково или нагрузка на грунт различная, осадка имеет неравномерный характер. Это приводит к другим видам деформаций сооружений: горизонтальным смещениям, сдвигам, перекосам, прогибам, которые внешне могут проявляться в виде трещин и даже разломов.

Смещение сооружений в горизонтальной плоскости может быть вызвано боковым давлением грунта, воды, ветра и т.п.

Высокие сооружения башенного типа (дымовые трубы, телебашни и т.п.) испытывают кручение и изгиб, вызываемые неравномерным солнечным нагревом или давлением ветра.

Для изучения деформаций в характерных местах сооружения фиксируют точки и определяют изменение их пространственного положения за выбранный промежуток времени. При этом определенное положение и время принимают за начальные.

Для определения абсолютных или полных осадок S фиксированных на сооружении точек периодически определяют их отметки H относительно исходного репера, расположенного в стороне от сооружения и принимаемого за неподвижный. Очевидно, чтобы определить осадку точки на текущий момент времени относительно начала наблюдений, необходимо вычислить разность отметок, полученных на эти моменты, т.е. S=Hтек-Hнач. Аналогично можно вычислить осадку за время между предыдущим и последующим периодами (циклами) наблюдений.

Средняя осадка Sср всего сооружения или отдельных его частей вычисляется как среднее арифметическое из суммы осадок всех n его точек, т.е. Sср=∑S/n. Одновременно со средней осадкой для полноты общей характеристики указывают наибольшую Sнаиб и наименьшую Sнаим осадки точек сооружений.

Неравномерность осадки может быть определена по разности осадок ∆S каких-либо двух точек 1 и 2, т.е.∆S1,2=S2-S1.

Крен и наклон сооружения определяют как разность осадок двух точек, расположенных на противоположных краях сооружения, или его частей вдоль выбранной оси. Наклон в направлении продольной оси называют завалом, а в направлении поперечной оси – перекосом. Величина крена, отнесенная к расстоянию l между двумя точками 1 и 2, называется относительным креном К. Вычисляется он по формуле K=(S2-S1)/l.

Горизонтальное смещение q отдельной точки сооружения характеризуется разностью ее координат xтек, yтек и xнач, yнач, полученных в текущем и начальном циклах наблюдений. Положение осей координат, как правило, совпадает с главными осями сооружения. Вычисляют смещения в общем случае по формулам qx=xтек-xнач; qy=yтек-yнач. Аналогично можно вычислить смещения между предыдущим и последующим циклами наблюдений. Горизонтальные смещения определяют и по одной из осей координат.

Кручение относительно вертикальной оси характерно в основном для сооружений башенного типа. Оно определяется как изменение углового положения радиуса фиксированной точки, проведенного из центра исследуемого горизонтального сечения.

Изменение величины деформации за выбранный интервал времени характеризуется средней скоростью деформации vср. Так, например, средняя скорость осадки исследуемой точки за промежуток времени t между двумя циклами i и j измерений будет равна vср=(Sj-Si)/t . Различают среднемесячную скорость, когда t выражается числом месяцев, и среднегодовую, когда t – число лет, и т.д.

Наблюдения за деформациями зданий и сооружений

Наблюдения за осадками сооружений выполняют способами геометрического и тригонометрического нивелирования, гидронивелирования, микронивелирования, а также фото- и стереофотограмметрическим способами.

Наиболее широко распространен способ геометрического нивелирования. Он обладает рядом достоинств, делающих его практически универсальным. Это высокая точность и быстрота измерений, простое и недорогое стандартное оборудование, возможность выполнять измерения в сложных и стесненных условиях.

Способом геометрического нивелирования можно определять разности высот точек, расположенных на расстоянии 5 – 10 м, с ошибкой 0,05 – 0,1 мм, а на несколько сотен метров – с ошибкой до 0,5 мм.

В зависимости от требуемой точности определения осадок применяются различные классы нивелирования. Так, например, при определении осадок бетонных плотин гидроузлов применяют I и II классы, которые характеризуются средней квадратической ошибкой измерения превышения на одной станции соответственно 0,3 и 0,4 мм. При определении осадок промышленных и гражданских зданий чаше всего применяют II и III классы, для которых средние квадратические ошибки измерения превышения на станции соответственно равны 0,4 и 0,9 мм.

Отметки деформационных точек и цикле измерений определяют относительно исходного опорного репера. Отметку исходного репера чаше всего принимают условно, например 100,000 м, но она постоянна на весь период наблюдений. Для передачи отметки от исходного на все деформационные реперы разрабатывают специальную схему (рис. 3).

Рис.3. Схема нивелирных ходов для наблюдений за осадками ТЭЦ

При выполнении измерений в зависимости от класса нивелирования применяют специальную методику и соответствующие приборы. Так, при измерениях высокой точности используют тщательно выверенные высокоточные нивелиры типа Н–05, штриховые инварные или специальные малогабаритные рейки. Нивелир устанавливают строго посередине между наблюдаемыми точками, отсчеты берут по основной и дополнительной шкалам реек.

Нивелирование выполняют при двух горизонтах прибора, в прямом и обратном направлениях. Длина визирного луча допускается до 25 м, его высота над поверхностью земли или пола – не менее 0,5 м. Нивелирование производится только при достаточно отчетливых, спокойных изображениях штрихов реек. Соблюдают и другие меры предосторожности, обеспечивающие высокую точность работ.

Полученные результаты тщательно обрабатывают: оценивают фактическую точность и сравнивают ее с заданной, уравнивают, вычисляют отметки, а по разности их в циклах – осадки, строят графики осадок и т.д.

Способ тригонометрического нивелирования позволяет определять осадки точек, расположенных на существенно разных высотах, в труднодоступных местах. Такие случаи возникают при наблюдениях за высокими зданиями, башнями, плотинами, при производстве измерений через препятствия.

Наиболее высокая точность порядка 0,1 мм обеспечивается при коротких (до 100 м) лучах визирования с применением высокоточных теодолитов типа 3Т2 и специальной методики измерений, позволяющей измерять зенитные расстояния с ошибкой порядка 5». Кроме того, методика предусматривает однообразную во всех циклах установку теодолита и его тщательное исследование, строгую вертикальность реек, выбор времени и условий наблюдений для уменьшения влияния вертикальной рефракции и ряд других мероприятий, направленных на ослабление действий различных источников ошибок. Расстояния до определяемых точек должны измеряться с ошибкой 3 – 5 мм.

Гидронивелирование обеспечивает такую же точность, как и геометрическое нивелирование, но применительно к наблюдениям за осадками позволяет создавать стационарные автоматизированные системы с дистанционным съемом информации.

При использовании гидростатического нивелирования применяют различные системы, конструкция которых зависит от условий проведения работ, требуемой точности и от способа измерения положения уровня жидкости относительно отсчетных индексов измерительных сосудов.

Простейшая система, используемая на гидротехнических сооружениях (рис. 4), состоит из отрезков металлических труб, уложенных на стержнях, заделываемых в стену. Отрезки труб соединяются между собой шлангами. Над трубой в точках, между которыми систематически определяются превышения, в стену закладываются марки с посадочными втулками для переносного измерителя. При измерениях измеритель вставляется во втулку марки. Вращением микрометренного винта измерителя добиваются контакта острия штока с жидкостью, о чем свидетельствует загорание сигнальной лампочки. В этот момент берется отсчет по барабану микрометра. При привязке гидростатической системы к опорной нивелирной сети на марку вместо измерителя устанавливается нивелирная рейка. Существуют автоматизированные системы гидростатического нивелирования, в которых измерение положения уровня жидкости в сосудах определяется автоматически с помощью электрических или оптико-электронных датчиков.

Рис.4. Стационарная гидростатическая система:

1 – отрезок металлической трубы;

2 – стержень; 3 – шланг; 4 – марка; 5 - измеритель

Применение гидродинамического нивелирования позволяет расширить диапазон измерений и значительно упростить процесс автоматизации наблюдений за осадками. Система гидродинамического нивелирования с поршневым устройством СГДН – ПУ (Армения), состоит из сообщающихся между собой рабочих сосудов с жидкостью, устанавливаемых в определенных точках. В каждом рабочем сосуде имеется игольчатый шток, связанный проводом с блоком управления и регистрации (БУР). Сосуды сообщаются также с поршневым устройством. При равномерном перемещении с помощью электродвигателя поршня вниз и поршневом устройстве жидкость в рабочих сосудах равномерно поднимается. При этом в БУРе специальный счетчик определяет перемещение поршня от начала его движения до момента контакта игольчатого штока с поверхностью поднимающейся жидкости в каждом рабочем сосуде. Поршень опускается до тех пор, пока со всех рабочих сосудов не поступил сигнал о контакте. Разность замеров между циклами измерений будет соответствовать осадке определяемых точек. Система позволяет выполнять измерения со средней квадратической ошибкой порядка 0,1 мм.

Способ микронивелирования применяют при наблюдениях за взаимным высотным положением близко расположенных на расстоянии 1 – 1,5 м точек. Такие задачи возникают при изучении осадок и наклонов отдельных конструкций: фундаментов, балок, ферм, технологического оборудования. Измерения выполняют с помощью микронивелира.

Фото – и стереофотограмметрический способы предусматривают применение фототеодолита для фотосъемки исследуемого объекта. Определение деформаций вообще и в частности осадок этими способами заключается в измерении разности координат точек сооружения, найденных по фотоснимкам начального (или предыдущего) цикла и фотоснимках деформационного (или последующего) цикла.

В зависимости от решаемой задачи, условий фотосъемки, вида сооружений и т.д. применяют следующие способы:

  • фотограмметрический, деформации определяются в одной вертикальной плоскости XOZ, т.е. в плоскости, параллельной плоскости фотоснимка;

  • стереофотограмметрический, деформации определяются по направлениям всех трех координат.

При фотограмметрическом способе фотографирование производят с одной точки при неизменном положении фотокамеры в циклах. При этом плоскость прикладной рамки, по возможности, устанавливают параллельно основной плоскости сооружения. Для вычисления деформаций, кроме измерения координат или параллаксов, на снимках необходимо знать отстояние фотокамеры от объекта и фокусное расстояние объектива фотокамеры.

При стереофотограмметрическом способе фотографирование объекта производят в циклах с двух точек базиса известной длины, в результате чего получают стереопару. Для вычисления деформаций измеряют по снимкам координаты точек базиса и горизонтальные параллаксы.

В обоих способах обработка снимков по координатам или смещениям производят в основном на стереокомпараторе.

Тщательно выполненные измерения и соответствующий учет элементов ориентирования позволяет определять деформации сооружений фотограмметрическими способами со средней квадратической ошибкой менее 1,0 мм.

При наблюдениях за осадками крупных инженерных сооружений, отличающихся повышенными требованиями к точности производства этих работ, разрабатывается, как правило, специальная методика геодезических измерений. Исходными данными для разработки методики измерений служат величины ошибок ms определения осадок наблюдаемых точек, измеренных относительно исходного репера, ошибок m∆S разности осадок двух точек, расположенных на определенном расстоянии друг от друга.

Связь между требуемой точностью наблюдений и ошибкой единицы веса μ, определяющей методику измерений, может быть представлена в виде

(2)

где QH– обратный вес отметки наиболее слабо определяемой точки; Q∆H – обратный вес превышения между исследуемыми точками, к точности взаимного положения которых предъявляются повышенные требования.

При использовании способа геометрического нивелирования в качестве ошибки единицы веса μ удобно принимать среднюю квадратическую ошибку превышения h, измеренного на станции по двум шкалам в ходе одного направления при выбранной базовой длине D визирного луча,

При использовании тригонометрического нивелирования в качестве ошибки μ единицы веса целесообразно принять ошибку превышения, определенного при зенитных расстояниях от 85 до 95°, измеренным одним приемом, и базовом расстоянии DH = 2 м.

В случае применения переносного гидронивелира или микронивелира за ошибку μ принимают ошибку превышения между двумя смежными точками, измеренного при перемене местами гидростатических головок или при перекладывании микронивелира.

При проектировании схемы измерений следует стремиться к получению наименьшего значения обратных весов QH и Q∆H, что при заданной ошибке определения осадки приводит к большей эффективности работ за счет менее жестких требований к выбору их класса. Помимо этого, к схеме измерений предъявляются такие требования, как минимальный объем работ, обеспечение независимого контроля результатов измерений и получение данных для достоверной оценки точности. В значительной степени этим требованиям отвечает построение схемы в виде системы замкнутых полигонов малых размеров и нивелирование при двух горизонтах прибора или в прямых и обратных ходах.

Для случая, когда на одном и том же объекте приходится выполнять разные по точности наблюдения за осадками различных по чувствительности к деформациям сооружений, проектируют двух- и трехступенчатую схему или несколько не связанных между собой схем, опирающихся на самостоятельный или на один общий исходный репер.

Расчет величины обратного веса в выбранной схеме производят параметрическим, коррелатным способами, а также способом эквивалентной замены.

Рассмотри в общем виде пример расчета необходимой точности измерений для обеспечения заданной точности определения осадок основных сооружений ТЭЦ. Допустим, что в техническом задании точность определения осадок задана величиной mS = 1,0 мм, а, исходя из условий, для производства работ выбран метод геометрического нивелирования.

В сущности задача сводится к определению средней квадратической ошибки единицы веса μ по первой из формул (2). По величине этой ошибки определяется класс нивелирования или необходимость разработки специальной методики измерений, если она окажется меньше тех ошибок, которые характеризуют известные классы. Поскольку при сравнительно небольших длинах количество станций в ходе значительно, то в качестве единицы веса примем превышение, измеренное на одной станции. Тогда обратный вес нивелирного хода в замкнутом полигоне или между узловыми точками будет равен числу станций n в этом ходе. В примере число станций в ходах показано на схеме (см. рис. 3).

Для определения обратного веса QHнаиболее слабо определяемой точкой схемы воспользуемся способом эквивалентной замены. В этом способе применительно к решаемой задаче необходимо путем последовательных преобразований общую схему нивелирных ходов заменить одним эквивалентным ходом, соединяющим искомую точку с исходным репером.

По результатам расчетов обратный вес отметки слабо определяемой точки Е в середине секции 11 – 13 оказался равным QH = 11,9. По формуле (2) с учетом требуемой точности определения осадок mSсредняя квадратическая ошибка единицы веса получилась равной μ = 1,0 мм / √2*11,9 = 0,2 мм.

Для обеспечения такой же точности определения превышений на станции необходимо разработать специальную методику высокоточных измерений.

9.1.4. Виды деформаций и смещений сооружений

В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости сооружения возникают деформации и перемещения сооружений следующих простейших видов: про­гиб, выгиб, перекос, крен, скручивание, горизонтальные пере­мещения фундаментов.

Прогиб и выгиб (рис. 9.1, а, б) связаны с искривлением сооружения. Такие деформации могут возникать в зданиях и сооружениях, не обладающих очень большой жесткостью. Иногда на одних участках возникает прогиб, на других — вы­гиб. При прогибе наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части, сооружения, при выгибе — в верхней.

Растягивающие усилия, появляющиеся в конструкциях, за­висят от неравномерной податливости основания и от жестко­сти сооружения. Чем большей жесткостью обладает сооруже­ние, тем большие усилия при тех же грунтовых условиях по-

Рис. 9.1. Формы деформаций сооружений

а —прогиб; б — выгиб; в, г — перекос; д, е —

крен; ж — скручивание

являются в конструкциях и тем меньше величина прогиба или выгиба.

Перекос (рис. 9.1, в, г) возникает в конструкциях, когда резкая неравномерность осадок проявляется на участке неболь­шой протяженности при сохранении относительно вертикального положения конструкции.

Крен сооружения (рис. 9.1, д) — поворот по отношению к горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести площади подошвы фундамента — возможен, если основание сооруже­ния загружено несимметрично или имеет несимметричное на­пластование грунтов относительно вертикальной оси сооружен- ния. Наибольшую опасность представляет крен высоких соору-жений (дымовых труб, высоких зданий, имеющих лифты, и др.). В этом случае он приводит к развитию дополнительного момента, который, в свою очередь, способствует увеличению крена и потере устойчивости сооружений на опрокидывание.

Колонны и стены, жестко не связанные с другими конструк- циями, также могут получать крен вследствие неравномерной осадки (рис. 9.1, е). Если перемещение их верхней части в го­ризонтальном направлении исключено, то при развитии нерав- номерной осадки под отдельным фундаментом в несущих кон­струкциях (колоннах, перекрытиях и др.) возникают дополни­тельные усилия, которые должны определяться при оценке со­вместной работы конструкций с основанием.

Скручивание возникает при неодинаковом крене со-оружеиия по его длине, особенно при развитии крена в двух сечениях сооружения в разные стороны (рис. 9.1, ж). При этом виде деформаций дополнительные усилия развиваются не толь ко в элементах стен, но и в конструкциях перекрытий, которые могут изгибаться в горизонтальном направлении-

Горизонтальные перемещения фундаментов воз- можны, если опирающиеся на них конструкции передают зна- чительные горизонтальные усилия (например, распорные кон- струкции, подпорные стенки). Такие перемещения могут на- блюдаться также при горизонтальной подвижке массива грунтов в случае оползней откосов и подработке территории.

9.2. Причины развития

неравномерных осадок сооружений

Виды деформаций фундаментов | Remsovet.com

Основа любого здания — фундамент. Ошибки в проекте, природные факторы или недобросовестность подрядчиков часто приводят к его деформации, последствия которой исправить сложно, а иногда и невозможно. Процесс восстановления требует серьезных материальных вложений и профессиональных знаний.

Содержание статьи:

Какими бывают деформации фундаментов

В зависимости от процессов, протекающих внутри — в самом фундаменте и снаружи — в почве, выделяют следующие типы деформаций:

Перекос. Может возникнуть, как результат неравномерных осадок, двух соседних фундаментов. Характерен для зданий каркасной системы.

Виды деформаций фундамента, перекосРис. 1 - перекос фундамента, вызванный неравномерной осадкой грунта

Крен может произойти с высотным зданием при его высокой изгибной жёсткости. Возникает такая деформация вследствие неравномерного проседания почвы и характеризуется разными её уровнями в крайних точках основания здания. Если величина крена растёт, то это грозит полным разрушением строения.

Виды деформаций фундамента, кренРис. 2 - крен фундамента

Прогиб. Такая деформация фундамента возникает в домах, которые не обладают высокой жёсткостью. Чем выше жёсткость, тем меньше значение прогиба. Характерными признаками таких изменений в фундаменте являются трещины, которые похожи на перевёрнутую букву Y.

Виды деформаций фундамента, прогибРис. 3 - прогиб фундамента

Осадка – это вид деформации, характеризующийся вертикальным смещением грунта под подошвой фундамента, происходящий при уплотнении грунта. Такая проблема может произойти в результате увеличения нагрузки самим зданием либо рядом стоящими сооружениями. Структура грунта при этом не изменяется.

Виды деформаций фундамента, осадкаРис. 4 - Осадка основания (или осадка фундамента)

Просадка. По своей сути — это та же осадка, но с изменением структуры грунта под действием дополнительных факторов, например, грунтовых вод. Характеризуют просадку вертикальные трещины, которые кверху расширяются. Их начало указывает на место изгиба. Такое нарушение основания строения вызвано, обычно, естественными процессами, происходящими в грунте.

Признаки, указывающие на изменения в фундаменте

Если вами замечены следующие изменения в здании, то это является поводом для вызова специалиста, который сможет провести оценку состояния фундамента и степень необходимости проведения ремонтных работ.

  • Появились сложности при открывании и закрывании окон и дверей;
  • Образуются трещины на стенах;
  • Подтопление подвальных помещений;
  • Изменения в лестницах и стенах, видимые глазом.

Причины, провоцирующие деформацию фундамента

Среди причин, которые могут привести к разрушению фундамента, можно выделить основные:

  • Изменение конструкции самого строения. Например, постройка дополнительного этажа. Результатом такой модернизации может стать осадка;
  • Проведение строительства рядом с исследуемым зданием других сооружений. Следствием различной нагрузки на грунт может стать крен или перекос здания;
  • Несоответствующая подготовка почвы под новый фундамент;
  • Некачественный состав цемента, который может стать причиной прогиба готового основания;
  • Отсутствие слоя гидроизоляции или её неправильный монтаж;
  • Неверно выбраны материалы либо их низкое качество;
  • Ошибки в проекте или неверный расчёт глубины фундамента. Несоблюдение правил его возведения;

Но, несмотря на множество причин, провоцирующих деформации, на первом месте стоит вода.

  • Влага за счёт пористой структуры цемента, находит себе дорогу внутрь фундамента, где планомерно ведёт свою разрушающую деятельность. Превращаясь в лёд в холодное время года, она расширяет поры цемента;
  • Грунтовые воды могут изменять свой уровень или увеличивать объём. Это приводит к изменениям состава почвы, что провоцирует просадку строений.

В зависимости от причин, вызывающих разрушение фундамента можно судить о том, можно ли устранить последствия самостоятельно либо придётся вызывать специалистов. Кроме того, некоторые деформации не подлежат восстановлению совсем.

Общие сведения о деформациях зданий и сооружений

В результате деятельности человека сооружения в целом и их отдельные элементы испытывают различного вида деформации. В общем случае под термином «деформация» понимают изменение формы объекта наблюдений. В геодезической практике принято рассматривать деформацию как изменение положения объекта относительно первоначального.

Под постоянным давлением от массы сооружения грунты в основании его фундамента постепенно уплотняются (сжимаются) и происходит смещение в вертикальной плоскости, называемое осадкой сооружения.

Кроме давления от собственной массы, осадка может быть вызвана и другими причинами: карстовыми и оползневыми явлениями, изменением уровня грунтовых вод, работой тяжелых механизмов, движением транспорта, сейсмическими явлениями и т.п.

При коренном изменении структуры пористых и рыхлых грунтов происходит быстро протекающая во времени деформация, называемая просадкой. В случае когда грунты под фундаментом сооружения сжимаются неодинаково или нагрузка на грунт различная, осадка имеет неравномерный характер. Это приводит к другим видам деформаций сооружений: горизонтальным смещениям, сдвигам, перекосам, прогибам, которые внешне могут проявляться в виде трещин и даже разломов.

Смещение сооружений в горизонтальной плоскости может быть вызвано боковым давлением фунта, воды, ветра и т.п. Высокие сооружения башенного типа (дымовые трубы, телебашни и т.п.) испытывают кручение и изгиб, вызываемые неравномерным солнечным нагревом или давлением ветра.

Для изучения деформаций в характерных местах сооружения фиксируют точки и определяют изменение их пространственного положения за выбранный промежуток времени. При этом определенное положение и время принимают за начальные.

Для определения абсолютных, или полных, осадок S фиксированных на сооружении точек периодически определяют их отметки Н относительно исходного репера, расположенного в стороне от сооружения и принимаемого за неподвижный. Очевидно, чтобы определить осадку точки на текущий момент времени относительно начала наблюдений, необходимо вычислить разность отметок, полученных на эти моменты. Аналогично можно вычислить осадку за время между предыдущим и последующим периодами (циклами) наблюдений.

Средняя осадка всего сооружения или отдельных его частей

вычисляется как среднее арифметическое из суммы осадок всех его точек. Одновременно со средней осадкой для полноты общей характеристики указывают максимальную и

минимальную осадки точек сооружений.

Неравномерность осадки может быть определена по разности осадок каких-либо двух точек.

Крен, или наклон, сооружения определяют как разность осадок двух точек, расположенных на противоположных краях сооружения, или его частей вдоль выбранной оси. Наклон в направлении продольной оси называют завалом, а в направлении попе-

речной оси — перекосом

Горизонтальное смещение отдельной точки сооружения характеризуется разностью ее координат, полученных в текущем и начальном циклах наблюдений. Положение осей координат, как правило, совпадает с главными осями сооружения.

Изменение величины деформации за выбранный интервал времени характеризуется средней скоростью деформации .

Основной целью наблюдений является определение величин деформации для оценки устойчивости сооружения и принятия своевременных профилактических мер, обеспечивающих его нормальную работу. Кроме того, по результатам наблюдений проверяется правильность проектных расчетов и выявляются закономерности, позволяющие прогнозировать процесс деформации.

Наблюдения за деформациями сооружений представляют собой комплекс измерительных и описательных мероприятий по выявлению величин деформаций и причин их возникновения.

Для сложных и ответственных сооружений наблюдения начинают одновременно с проектированием. На площадке будущего строительства изучают влияние природных факторов и в этот же период создают систему опорных знаков с тем, чтобы заранее

определить степень их устойчивости.

Наблюдения непосредственно за сооружением начинают с момента начала его возведения и продолжают в течение всего строительного периода. Для большинства крупных сооружений наблюдения проводятся и в период их эксплуатации. В зависимости от характера сооружения, природных условий наблюдения могут быть закончены при прекращении деформаций, а могут продолжаться и весь период эксплуатации.

Наблюдения за его деформациями производят через определенные промежутки времени. Такие наблюдения, проводимые по календарному плану, называются систематическими.

Параллельно с измерением деформаций для выявления причин их возникновения организуют специальные наблюдения за изменением состояния и температуры грунтов и подземных вод, температурой тела сооружения, за изменением метеоусловий и т.п. Ведется учет изменения строительной нагрузки и нагрузки от установленного оборудования. Для производства наблюдений составляют специальный про-

ект, который в общем случае включает в себя:

- техническое задание на производство работ;

- общие сведения о сооружении, природных условиях и режиме

его работы;

- схему размещения опорных и деформационных знаков;

- принципиальную схему наблюдений;

- расчет необходимой точности измерений;

- методы и средства измерений;

- рекомендации по методике обработки результатов измерений

и оценке состояния сооружения;

- календарный план (график) наблюдений;

- состав исполнителей, объемы работ и смету.

Наблюдения за осадками сооружений выполняют способами геометрического и тригонометрического нивелирования, гидронивелирования, микронивелирования, а также фото- и стереофотограмметрическим способами.

Наблюдения за кренами, трещинами и оползнями.

Крен — это вид деформации, свойственный сооружениям башенного типа. Появление крена может быть вызвано как неравномерностью осадки сооружения, так и изгибом и наклоном верхней то части из-за одностороннего температурного нагрева и ветрового давления. В связи с этим полную информацию о кренах и изгибах можно получить лишь по результатам совместных наблюдений за положением фундамента и корпуса башенного сооружения.

Наиболее просто крен определяется с помощью отвеса или [прибора вертикального проектирования (оптического или лазерного). Этот способ применяется в основном при возведении башенных сооружений, когда можно встать над его центром.

В сложных условиях, особенно для сооружений большой высоты, для определения крена применяют способы вертикального проектирования, координат, углов и др.

По окончании работ составляют технический отчет, являющийся основным техническим документом по результатам наблюдений. Он содержит те же сведения, что и пояснительная записка, но в обобщенной по всем циклам форме с более подробным анализом и обобщающими выводами.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *