Фундаменты являются основой любого сооружения и определяют его долговечность и надёжность. Подошвы фундаментов взаимодействуют с грунтовым основанием сооружения, и его просадки приводят к катастрофическим последствиям.
Ярким примером опасности осадок является полная потеря устойчивости основания Трансконского элеватора в Канаде [1, c.272, рис.19–5]. Катастрофическое разрушение силосов элеватора возникло в результате возрастания зон локальных сдвигов у краёв подошвы фундамента.
Развитие процесса локальных сдвигов, по кругло-цилиндрической поверхности скольжения, повлекло выпор грунта из-под подошвы фундамента, что в конечном итоге вызвало проваливание одной из сторон фундамента, приведшее к катастрофическому крену сооружения и его падению!
Аналогичное катастрофическое разрушение силосов с выпором грунта из-под подошвы фундамента, произошло в США в условиях чрезмерной нагрузки на грунт [1,c.361, рис.23–10]. Одновременно разрушилось семь силосов. На грани такого обрушения находится Пизанская башня в Италии [1,c.271, рис.19–4].
Равномерные осадки основания менее опасны. Так архитектурный памятник в г. Любеке в Германии [1,c.383, рис.26–1] за 500 лет осел на 1,8 м, но не разрушился.
Неравномерные осадки продолжаются в течение длительного времени достигающего иногда сотен лет, поэтому, имея фундаменты, регулирующие крен и осадку и сооружений, легко этот разрушительный процесс не только остановить, но и вернуть зданию первоначальное проектное положение.
В инженерной геологии известно [1,c.24, рис.4–4] поднятие и изгиб пластов толщи пород выпуклостью вверх в результате интрузии, внедрения магмы под эти пласты и образования под ними интрузива.
Это интересное природное явление заложено в основу запатентованных фундаментов с реактивной тягой [2], [3], [4], [5]. Реактивная тяга струй сыпучего рабочего тела истекающего из сопел фундаментов позволяют управлять пространственным положением строительных конструкций и сооружений, получивших крен в результате неравномерной осадки грунтового основания. Принцип действия реактивных фундаментов прост.
Для обеспечения возможности управления креном существующего массивного высотного сооружения в плиту фундамента снабжают сквозными соплами, расширяющимися книзу. Число сопел должно быть не менее трёх. Сыпучее рабочее тело пластифицируют и нагнетают в сопла или бетононасосом (грунтонасосом). В качестве движителей удобно применять гидродомкраты возвратно-поступающего действия.
Извергая из сопел в слабое, рыхлое грунтовое основание сыпучее рабочее тело, создают вектор реактивной тяги направленный вверх, а управляя с пульта подачей сыпучего рабочего тела в то или иное сопло, управляют направлением вектора реактивной тяги. Сопла, размещают симметрично относительно центра фундамента или плиты.
Группой гидродомкратов, возвратно-поступательного действия, уплотняют и упрочняют рыхлое грунтовое основание в зоне максимальной осадки фундамента и постепенно уменьшают крен массивного сооружения.
Действуют синхронно группой гидродомкратов возвратно-поступательного действия, по мере уменьшения крена сооружения, подключают следующие дополнительные группы гидродомкратов, увеличивая зону упрочнения грунтового основания под подошвой плиты фундамента по площади. Циклы продолжают до полной ликвидации крена массивного сооружения и до восстановления несущей способности грунтового основания по всей площади подошвы плиты сооружения.
Технический результат способа заключается в том, что процесс устранения крена массивного сооружения механизирован и автоматизирован. Ликвидация крена сооружения выполняется одним оператором с одного пульта управления.
Используя непрерывную информацию обратной связи от приборов, определяющих величину крена и осадки сооружения, оператор включает ту или иную группу гидродомкратов, и извергая сыпучее рабочее тело в то или иное сопло, минимизирует и ликвидирует крен и осадку массивного сооружения.
Гарантирована безопасность работ, так как в момент интрудирования, внедрения сыпучего рабочего тела в рыхлое грунтовое основание под плиту сооружения рабочие в опасной зоне отсутствуют. Постепенное восстановление прочности грунтового основания также повышает безопасность работ.
Способ управления креном и осадкой массивного сооружения позволяет не только устранить имеющийся крен, но создать безопасный крен в противоположную сторону. Изменение и выправление крена сооружения может быть выполнено многократно.
Технологическая последовательность монтажа:
- В фундаментной плите сооружения механизировано бурят сопла и монтируют анкерные устройства.
- Все сопла заполняют сыпучим рабочим телом.
- Монтируют над сыпучим заполнителем в соплах гидродомкраты возвратно-поступающего действия, опирая их на анкерные устройства.
- Объединяют гидродомкраты в группы и каждую из групп соединяют маслопроводом с пульсирующей насосной станцией.
- Систему управления гидродомкратами выводят на единый пульт.
- Креном массивного сооружения, например, «Пизанской башни», оператор управляет с пульта, в соответствии с программой.
- Оператор поочерёдно включает гидродомкраты объединённые в группу, находящиеся в зоне максимальной осадки плиты массивного сооружения, и каждым из этих гидродомкратов извергают, внедряет сыпучее тело через то или иное сопло, под одну или другую часть массивной плиты сооружения и упрочняют этим слабое грунтовое основание под плитой.
- По мере упрочнения грунтового основания под плитой в работу включают дополнительные гидродомкраты, и зону упрочнения грунтового основания увеличивают по площади плиты сооружения.
- Перераспределяют напряжения контактного взаимодействия плиты с грунтовым основанием, создают реактивную тягу вверх и добиваются поддомкрачивания наиболее осевшего края плиты сооружения.
- Контролируют крен башни и продолжают интрузию очередных порций сыпучего рабочего тела со стороны максимальной осадки плиты, постепенно включают новые группы гидродомкратов и этим предотвращают также осадку башни со стороны минимальной осадки плиты.
- Полностью ликвидируют крен сооружения.
- Циклы продолжают, уменьшают осадку башни и выдавливают её из грунта до проектной отметки.
- Для привлечения туристов, массивному сооружению принудительно дают уклон в обратную сторону, несколько меньшей величины, чем был ранее.
- Со стороны бывшей максимальной осадки включают гидродомкраты, и циклы продолжают до установки проектного крена массивного сооружения в противоположную сторону на 5…10 % меньше первоначального крена.
- Продолжают контролировать крен массивного сооружения и в случае его возрастания производят корректировку крена описанным выше способом.
Таким образом, после завершения работ несущая способность основания полностью восстановлена и для привлечения туристов создан искусственный крен сооружения в противоположную сторону. Высота башни увеличивается примерно на 1,2…1,3 м.
При необходимости башня может быть выдавлена из грунта дополнительно. Экономический эффект от разработанного способа — исключение обрушения исторического памятника или дорогостоящего сооружения.
Литература:
1. Маслов Н. Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии. Издательство «Высшая школа», М. 1968 г., с. 630.
2. Нежданов К. К., Нежданов А. К., Кузина В. Н. Фундамент под металлическую колонну, способ его сооружения и рихтования. Патент России № 2123091. М., Кл. E 02 D 27/00, 27/50.Бюл.№ 34, 10.12.1998.
3. Гарькин И. Н.,Глухова М. В. Метод устранения неравномерных осадок промышленных зданий на ленточных фундаментах / II Международная молодёжная Интеллектуальная Ассамблея: сб. науч.-исслед. Работ.- Чебоксары:НИИ педагогики и психологии,2011-С.128–130
4. Нежданов К. К., Нежданов А. К., Либаров А. В. «Способ управления напряжённым состоянием рамы двухпролётного здания фундаментами с реактивными двигателями». Патент России № 2 319 811. Е02D 35/00
5. Гарькин И. Н., Глухова М.В Устранение неравномерных осадок зданий на ленточных фундаментах// Молодой ученый, № 12 (59, декабрь 2013 г.) С. 110–112.
