§ 12.6. Технология вертикального подъема зданий

Длительная эксплуатация зданий приводит к состоянию, когда отметка пола первого этажа находится ниже уровня дневной поверхности. Это обстоятельство связано как с осадкой фундаментов в результате изменения гидрогеологических условий пучения грунтов при их увлажнении и замерзании, так и за счет повышения уровня культурного слоя при выпадении твердых осадков промышленных выбросов, хозяйственной деятельности населения и других причин. По данным статистических исследований, ежегодный поверхностный прирост составляет от нескольких миллиметров до 4-5 см. Интенсивность прироста поверхности слоев зависит также от процессов ветровой эрозии почвы, ремонтно-восстановительных работ дорожных и тротуарных покрытий, когда с периодичностью 5-8 лет наблюдается повышение уровня дневной поверхности на 10-15 см.

В ряде случаев относительное заглубление зданий сопровождается неравномерными осадками его частей, что приводит к образованию кренов и невертикальности.

Перечисленные факторы приводят не только к заглублению зданий, но и нарушению гидроизоляции, что способствует увлажнению и водонасыщению заглубленной части, более интенсивному износу конструктивных элементов, а также резкому снижению комфортности помещений.

Необходимость вертикального подъема зданий диктуется также изменением функций помещений первых этажей, когда требуется увеличение их высоты для размещения технологического оборудования офисов, магазинов и других служб социального назначения.

Наиболее актуальной эта проблема является для зданий старой постройки, имеющих большое архитектурно-историческое значение, а также специальных зданий и сооружений.

Так, в 2004 г. осуществлен подъем железобетонного купола планетария (г. Москва), обеспечивающий увеличение объема здания и его комплексную реконструкцию.

В зависимости от линейных размеров и высоты здания процесс вертикального подъема может осуществляться как для здания в целом, так и его частей путем разрезки на блоки с последующим восстановлением монолитности.

Комплекс работ по вертикальному перемещению зданий включает несколько циклов: подготовительные работы; отделение поднимаемой части путем горизонтальной разрезки вертикальных конструкций; выполнение объемов работ по созданию обвязочных поясов и ниш для размещения гиродомкратов; установка домкратов и комплекта гидросистемы; непосредственно подъем здания; подращивание стен из блоков и др.

Одним из важнейших этапов подготовительных работ является оценка физического состояния подземной и надземной частей. По материалам диагностики определяется необходимость усиления фундаментов, простенков, колонн и других конструктивных элементов. Расчетным путем определяется устойчивость здания и предусматриваются технические решения, обеспечивающие ее стабильность в процессе вертикального перемещения. В объем подготовительных работ входят освоение площадки (размещение временных складских помещений, сетей, ограждений), демонтаж стыковых соединений канализации, водопровода, отключение газовой и электросети, демонтаж перегородок и других несущих конструкций первого этажа.

Основной цикл строительно-монтажных работ включает устройство обвязочного пояса, разрезку вертикальных несущих конструктивных элементов, подготовку мест размещения гидравлических домкратов.

Комплекс перечисленных работ является наиболее трудоемким и требует использования специальных технических средств по разрезке и разборке кирпичной кладки, подведению металлоконструкций обвязочного пояса и его омоноличиванию.

Выполнение работ ведется по захваткам ограниченной длины, исключающей осадку и разрушение опорных частей здания.

Наиболее ответственным этапом основного цикла является установка гидродомкратов и системы гидропривода.

До подъема здания производится контрольная проверка работы системы и оценивается ее эксплуатационная надежность.

На рис. 12.15 приведены технологические схемы вертикального подъема зданий. В качестве объединяющих конструктивных элементов использованы монолитные железобетонные или металлические обетонированные пояса, которые кроме повышения пространственной жесткости основания зданий служат опорами для передачи давления от гидравлических домкратов.

Рис. 12.15. Технологические схемы вертикального подъема зданий с кирпичными стенами при длительной эксплуатации и подъеме уровня дневной поверхности (а) и увеличении высоты первого этажа (б) УДП₁,УДП₂ - изменение уровня дневной поверхности за период эксплуатации; Н_п - высота подъема; Н²_э, Н¹_э - высота первого этажа до подъема и после; ГД - положение гидравлических домкратов

Установка системы гидродомкратов

Подбор и размещение гидродомкратов производятся по периметру наружных и внутренних несущих стен. Их размещение осуществляется в специальных нишах, образуемых в кладке нижнего пояса, с образованием монолитных железобетонных опорных площадок.

Шаг установки домкратов устанавливается расчетным путем с учетом грузоподъемности и массы здания.

Необходимое количество домкратов определяется с учетом коэффициента запаса, предусматривающего неравномерность нагрузки в начальный период подъема и непредвиденный выход одного из соседних домкратов: N = M×K/P, где М - масса здания; Р_тр - техническая грузоподъемность домкратов; К=2 - коэффициент запаса.

Шаг размещения домкратов определяется исходя из периметра и массы несущих конструкций, сосредоточенной и равномерно распределенной нагрузок от этажей здания, приведенных к площади действия домкрата: b = П×m/N, где П - периметр несущих конструкций; т - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки.

Размещение домкратов должно осуществляться с учетом возможных концентраций нагрузок в угловых элементах здания, а также в местах стыковых соединений внутренних и наружных стен (рис. 12.16).

Рис. 12.16. Технологическая схема подъема здания а - схема управления работой домкратов; б, в - монтаж блоков; г - циклограмма работы домкратов; ГД - гидравлические домкраты; НС - насосная станция; БУ - многоканальный блок управления; КС - компьютерная система; t_п - время подъема; t_уст - время монтажа блоков; t₀ - сброс давления в системе

При подборе гидравлических домкратов следует согласовать максимальную высоту подъема с шагом хода домкратов. При ходе поршня, превышающем высоту подъема, принимается одноцикличный подъем. При высоте подъема, большей максимального хода поршня, осуществляется многоцикличная технология (рис. 12.16,г).

Для обеспечения равномерного хода домкратов используется насосная станция с системой материальных трубопроводов, многоканальным блоком управления, подключенным к компьютерной системе. Такое решение позволяет управлять технологическим циклом подъема и исключить такие явления, как отклонение стен от вертикали, обеспечивает перераспределение нагрузок на домкраты, учитывает случайные процессы, связанные с непредвиденными деформациями системы.

Подъем здания осуществляется после выполнения всех подготовительных работ и пробного испытания системы. Устанавливается средняя скорость подъема. В процессе вертикального перемещения здания с помощью геодезических приборов контролируются геометрические параметры. В случае отклонения от проектных значений процесс подъема повторяется после ликвидации дефектов.

При достижении проектного уровня подъема осуществляется установка распределительных блоков в пространство между домкратами. Выполнение этого процесса должно производиться с минимальной продолжительностью.

Для выполнения комплекса работ по вертикальному подъему здания разрабатывается проект производства работ. Он предусматривает в своем составе технологические карты на ведение наиболее сложных строительных процессов, обеспечивающих эффективное и безопасное производство работ. Особое внимание уделяется циклу геодезических работ, на которые также требуется разработка ППР. Важное место в производстве работ отводится контролю качества, соблюдению технологических регламентов, подготовке специального оборудования, обучению инженерно-технического персонала и рабочих, предвидению нештатных ситуаций и разработке мер по их ликвидации.