Материал: Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений

14.3.

Конструктивные меры защиты зданий и сооружений

Разработка технических мероприятий, имеющих целью сделать расположен­ ные в районах горных разработок наземные здания и сооружения в большей или меньшей степени нечувствительными к воздействию подработки, вначале

и горизонтальных деформаций земной поверхности (полная защита), или же должно быть защищено от значительных повреждений, могущих нарушить устойчивость здания или сооружения или воспрепятствовать его нормальной эксплуатацииг. Таким образом, действие конструктивных защитных меро­ приятий распространяется только на деформации грунта в непосредственной близости от подрабатываемого сооружения и на передающиеся при этом со­ оружению дополнительные усилия, поскольку подрабатываемое сооружение перемещается (оседает, наклоняется и сдвигается в горизонтальном направле­ нии) вместе с его основанием.

Как известно, изменение вертикального положения в виде оседания или наклона (изменения уклона) имеет особо важное значение для транспортных сооружений и линий коммуникаций, таких, как улицы, дороги, железнодорож­ ные пути, судоходные каналы, нефтепроводы и канализационные трубопро­ воды. Поэтому уже при строительстве этих сооружений в районах горных раз­ работок часто принимают в расчет ожидаемое оседание, за счет чего удается уменьшить в дальнейшем затраты на перестройку, поднятие или снос отдель­ ных сооружений. Однако эти профилактические мероприятия нельзя рассматри­ вать как меры защиты от воздействия подработки в узком смысле, так как в данном случае речь идет о подготовке к быстрому и экономически целесообраз­ ному устранению повреждений, а не о предотвращении возникновения этих повреждений. К подобным профилактическим мероприятиям относятся также вспомогательные устройства в зданиях и сооружениях в виде ниш и опор для домкратов, предназначенных для устранения наклона зданий или опуска­ ния пролетных строений мостов. Что касается передвижки всего здания в це­ лом, то она может играть роль только по отношению к тем или иным сооруже­ ниям, с которыми связано данное здание — подъездным рельсовым путям, конвейерам или трубопроводам.

1 При разработке пласта мощностью 1,5 м на глубине 700 м с обрушением кровли, если размеры очистной выработки не достигают площади полной подработки, оседания могут достигать 1 м, наклоны — 3,5 мм/м, деформации сжатия — 2 мм/м и деформации растя­ жения — 1 мм/м при минимальных радиусах кривизны земной поверхности 50 км (см. рис. 185). При ведении горных работ в сильно подработанном породном массиве или на ма­ лых глубинах деформации сжатия и наклонов могут быть в 2 раза больше (растяжения воз­ растут, но в меньшей степени), а радиусы кривизны — значительно меньше, чем указанные выше.

ные деформации сооружений по п р и н ц и п у п о д а т л и в о с т и , по крайней мере если при этом возникают только волосные трещины и если по­ вреждения не представляют опасности для устойчивости сооружения. При

оружений от воздействия подработки по принципу податливости применяют только в том случае, если деформации превысят заданную допустимую вели­ чину, что позволяет назначить меры защиты в соответствии с чувствитель­ ностью сооружения, стоимость которых будет значительно меньше затратна уси­ ление конструкции по принципу жесткости. Конструктивные элементы соору­ жений, которые из-за недостаточной прочности на изгиб, продольный изгиб, растяжение, сжатие или срез не могут выдержать ожидаемых дополнительных усилий, не разрушаясь, должны оказывать как можно меньшее сопротивление этим усилиям, однако их податливость должна быть по крайней мере не меньше податливости остальных несущих конструкций сооружения. При этом напря­ жения и деформации должны равномерно распределяться по всему сооружению, если не имеется в виду создание такого распределения усилий, чтобы разру­ шение произошло в каком-либо определенном элементе сооружения, легко доступном для осмотра и ремонта. Любое несоответствующее усиление жест­ кости, напротив, увеличивает вероятность повреждения, так как усиленный конструктивный элемент воспринимает большие усилия, чем податливые эле­ менты, что в конечном счете может привести к разрушению в наиболее слабых местах, таких, например, как оконные проемы. Таким образом, степень по­ вреждений возрастает с ростом неравномерности распределения жесткости. Если некоторые встроенные элементы сооружения, как, например, силосные ячейки или фундаменты машин, в соответствии с их назначением должны об­ ладать какой-то другой степенью податливости, отличной от податливости других несущих конструкций, необходимо выяснить, нельзя ли отделить их от остальной конструкции деформационными швами.

В идеальном случае защищенное от воздействия подработки сооружение должно следовать за развитием деформаций земной поверхности без того, чтобы при этом в данном сооружении возникали какие-либо усилия и повре­ ждения [250]. Поэтому конструктивные защитные мероприятия по принципу податливости не ограничиваются только увеличением податливости фунда­ ментов и стен за счет применения малоформатного кирпича, мягкого (известко­ вого) раствора, зазоров в фахверковом заполнении, но включают также устрой­ ство открытых деформационных швов, швов скольжения, качающихся стоек, роликовых опор (против воздействия горизонтальных деформаций) и опирание на три точки (против воздействия кривизны), сообщающие конструктивным элементам сооружения почта неограниченную податливость по отношению к возникающим в грунте основания горизонтальным и вертикальным силам.

Сооружение с полной защитой от воздействия подработки должно выдер­ живать усилия, вызываемые сдвижением грунта при выемке пласта полезного ископаемого, без малейших повреждений. Следовательно, при п о л н о й з а щ и т е должны исключаться как изгиб и кручение, так и горизонтальные деформации сооружения (рис. 249). От деформаций изгиба и кручения

1

Рис. 249.

Принципиальная схема полной защиты сооружения, имеющего значительную изгибную жесткость:

1 — повышение жесткости сооружения на изгиб; 2 — повышение жесткости в горизонтальном направлении; з — кривизна земной поверхности; F — трение; Е — давление грунта

Рис. 250.

Принципиальная схема частичной защиты сооружения, имеющего незначительную изгиб­ ную жесткость:

1 — сооружение с малой изгибной жесткостью; 2 — кривизна земной поверхности; Е — боковое давление; F — трение

сооружение может быть защищено только несущими элементами конструкции больших размеров. Таким образом, при полной защите предполагается, что со­ оружение должно иметь высокую изгибную жесткость, а для этого оно должно быть выполнено в виде башни, опирающейся на основание сравнительно не­ большой площади, или же в виде мостообразного сооружения, опирающегося на два фундамента повышенной жесткости. Оно может опираться также на че­ тыре (принцип жесткости) или на три (принцип податливости) точки, чтобы уменьшением площади опирания и соответственным повышением давления на грунт основания ослабить степень воздействия сдвижений грунта на соору­ жение. Силы, возникающие при подработке в горизонтальной плоскости, могут быть устранены по принципу податливости устройством швов скольже­ ния, Катковых опор или качающихся стоек.

Сооружения, имеющие малую изгибную жесткость, могут быть лишь частично защищены от воздействия подработки, так как для них не может быть применено опирание на точки или на основание малой площади, и все сооружение должно следовать за деформациями искривления земной поверх­

неизбежных изгибных деформациях стены (жесткость которых возрастает пропорционально третьей степени их высоты) и фундаменты должны быть рас­ считаны так, чтобы они имели известную податливость (рис. 250), в то время как возможность горизонтального смещения стен фундамента должна быть