Контрольные наблюдения за сооружениями

Наблюдения за осадкой сооружений как в период их возведения, так и после служат контролем за их поведением и гарантируют от непредвиденного развития тех или иных явлений, которые могут вызвать нарушение их прочности, если не будут своевременно приняты соответствующие меры. Приведем пример. Один из нескольких быков на свайных фундаментах, поддерживающих неразрезные фермы береговых пролетов большого моста, подвергся нарастающей осадке, что было установлено повторными нивелировками. Это дало возможность поддержать опоры фермы на необходимом уровне и тем самым избежать повреждения фермы в течение всего периода осадки быка путем многократного вывешивания фермы домкратом и использования под ее опорными плитами прокладок. В другом случае длительное наблюдение за осадкой очень сильно поврежденного трещинами здания показало, что его осадка интенсивно затухает. Это обстоятельство исключило необходимость в использовании намеченного усиления фундамента. Стоимость таких наблюдений по сравнению с важностью и значением получаемых при их проведении данных поистине ничтожна.

Для наблюдений за осадкой сооружений на них должны быть установлены постоянные реперы. Терцаги разработал тип репера, удовлетворительный внешний вид которого сочетается с надежностью его действия. Для получения ясной картины осадки всего сооружения необходимо закладывать в него большое число таких реперов. Например, для здания, показанного на рис. 13.10, потребовалось 45 реперов. При наблюдении за осадкой в переполненных людьми подвальных помещениях, а также в машинных отделениях или фабричных цехах оптическая нивелировка может быть успешно заменена гидравлическими уровнями специального типа.

Нивелировка зданий для наблюдения за их осадкой должна проводиться с самого начала строительства. С этой целью у колонн в подвалах должны устанавливаться реперы, например на уровне, помеченном крестиком и цифрой 1 на рис. 13.19, а. В данном частном случае после завершения строительства нивелировку здания пришлось прервать, так как расположение в подвальном помещении репера уже трудно было связывать с внешними исходными реперами, находившимися на поверхности грунта. Затруднения такого рода могли бы быть легко преодолены при своевременной закладке нескольких наружных реперов, например на тех же колоннах, где были установлены реперы, но уже на уровне, отмеченном на рис. 13.19, а крестиком и цифрой 2. Сжатием колонны в пределах между уровнями 1 и 2, естественно, можно пренебречь и считать, что осадка реперов на этих уровнях одной и той же колонны идентична. При этих условиях можно в любое время легко увязывать наружную нивелировку с нивелировкой по реперам в подвале.

Накопленные таким образом данные о поведении сооружения должны быть отображены в графической форме. Дополнительно к плану распределения осадок по площади сооружения, показанному на рис. 13.10, должны быть построены кривые нарастания осадок во времени (рис. 13.24) наряду со всеми другими данными, связанными, например, с осадкой сооружений, с колебаниями уровня грунтовых вод. В этих графических материалах должны быть отображены нагрузка на грунт, геологическое строение основания и осадка сооружения по тем или иным разрезам, как это показано для другого здания в качестве примера на рис. 13.25.

В реальных условиях существуют три основных типа кривых зависимости осадки сооружений от времени. В первом случае большая часть осадки будет проявляться еще в период его возведения. Такое положение характерно для сооружений, возводимых на плотных проницаемых грунтах. При возведении сооружений на глинистых или пылеватых грунтах характер кривой может быть различным в зависимости от того, что будет преобладать — «первичный или вторичный эффект времени». Если грунт следует законам консолидации Терцаги, осадка здания будет постепенно затухать и полностью прекратится через некоторый период после завершения строительства. Кривая зависимости осадки от времени будет в данном случае иметь параболическую форму — это второй тип кривой. При третьем типе кривая зависимости осадки от времени может носить уже линейный характер или с самого начала, или в виде касательной к параболе начального периода. Это положение может быть следствием двух причин: или осадка вызывается возможной опасной деформацией сдвига всей массы грунта, или структура грунта такая, что она затрудняет скольжение слагающих его частиц и тем самым его консолидацию. Однако эти так называемые «вторичные эффекты времени» проявляются и в период лабораторных испытаний на консолидацию. Они могут возникать в торфе и некоторых других грунтах. Этот вопрос имеет существенное значение в связи с условиями использования песчаных дрен.

Наклон заводской трубы или башен с малоразвитой базой, вызванный неравномерной осадкой фундамента, может быть оценен с помощью теодолита. Однако при измерении изменений такого наклона следует иметь в виду, что односторонний нагрев лучами солнца может вызвать боковой изгиб трубы с упругой линией параболического характера. Чеботарев измерил с помощью клинометров Гуггенбергера (нивелир с микрометрически м и винтами для измерения изменений в наклоне) суточное смещение верха минарета высотой 130 футов и шириной 12 футов. Было обнаружено, что такое смещение несколько превышает 1/2 дюйма. Суточное смещение верха минарета в плане образовывало петлю. Отсюда следует, что все точные измерения наклона труб теодолитами должны выполняться в облачную погоду или ночью.

В выемках важных объектов следует измерять, где это возможно, боковое давление грунта. Эти наблюдения лучше всего проводить, измеряя усилия, возникающие в связи с ним в распорках крепления. Существует несколько методов таких измерений. Первый из них связан с измерением деформации распорок, из величины которой можно затем определить и действующие в них усилия, зная модуль Юнга их материала и площадь поперечного сечения распорок. Голдер опубликовал методику успешного применения этого способа для выдержанных деревянных распорок. При металлических распорках предпочтительнее пользоваться тензометрами Карлсона Эти приборы основаны на использовании весьма тонких предварительно напряженных проволок, намотанных на фарфоровые катушки, и работают по принципу измерения изменения электрического сопротивления при дистанционном контроле, подобно тензометрам SR-4. Приборы Карлсона отличаются большим постоянством в показаниях, так как в них не применяется цемент, который подвергается во времени беспорядочным объемным изменениям. Эти приборы могут быть также успешно использованы для дистанционного контроля за растягивающими усилиями, действующими в анкерах шпунтовых стенок. Второй метод измерения величин бокового давления основан на применении гидравлических домкратов для следующих друг за другом измерений усилий, действующих в распорках.

Наблюдения такого рода, начатые на ранних этапах строительства, могут обеспечить значительную экономию на более поздних стадиях проходки котлованов.

Подход к проектированию шпунтовых стенок и распорок «по ходу строительства», несмотря на административные трудности, которые при этом возникают, полностью оправдывает себя, если он основывается на данных наблюдений за величиной бокового давления в натуре.