Многосторонний крен. Особенности его исправления

Введение

Крен зданий является одной из наиболее серьезных проблем в строительстве и эксплуатации сооружений. Он может привести к значительным структурным повреждениям, снижению эксплуатационных характеристик здания и, в крайних случаях, к его обрушению. Многосторонний крен осложняет ситуацию, поскольку требует комплексного подхода к устранению проблемы. Важно отметить, что своевременное выявление и устранение крена являются ключевыми факторами для обеспечения долговечности и безопасности зданий.

Основная часть

Крен здания может возникать у различных типов сооружений, но чаще всего он проявляется в следующих категориях. Высотные здания, чем выше здание, тем сильнее оно подвержено воздействию внешних факторов, таких как ветер, что увеличивает вероятность возникновения крена. Кроме того, высокая масса и большая высота создают значительные нагрузки на основание, что может привести к неравномерной осадке фундамента [1, с. 116-120].

Сооружения на сложных грунтах, здания, расположенные на слабых или неоднородных почвах, например, на болотистых участках или вблизи водоемов, подвергаются повышенному риску неравномерной осадки и, следовательно, крена. Подвижность грунта и изменение его свойств могут негативно сказываться на устойчивости конструкции [2, с. 1305-1316].

Мосты и виадуки, эти инженерные сооружения также могут испытывать крены, особенно если они построены на сложном рельефе или пересекают реки и водоемы. Неравномерная нагрузка на опоры моста может привести к его искривлению.

Своевременные подходы и оценка степени многосторонних кренов зданий являются важной задачей в области инженерной диагностики и мониторинга состояния сооружений. Для этой цели применяются различные методы, которые можно разделить на несколько категорий. При использовании геодезических методов применяют различного рода геодезические инструменты, например тахеометры и нивелиры. Эти приборы позволяют точно измерять высоты и углы наклона в различных точках здания, что помогает выявить крены и их распределение. Геодезические измерения могут проводиться как в начальный период эксплуатации здания, так и в процессе его эксплуатации. Инструментальные методы включают использование различных датчиков, которые могут фиксировать изменения в положении строительных конструкций [3]. Например, применяются инклинометры для измерения углов наклона и акселерометры для оценки динамических характеристик здания. Мониторинг с использованием таких приборов позволяет отслеживать изменения состояния здания в реальном времени. Контроль на основе ультразвуковых и радиографических методов позволяет исследовать внутренние структуры и материалы. Ультразвуковые и рентгенографические исследования могут быть полезны для определения качества бетона и других материалов, а также для выявления трещин и пустот внутри конструкции. Также применяются системы автоматического мониторинга. Современные решения могут включать использование беспилотных летательных аппаратов (дронов) для визуальной инспекции и системы дистанционного мониторинга состояния здания с помощью различных сенсоров.

Причинами многостороннего крена бывают. Геологические факторы: неравномерная плотность грунта, наличие подземных вод, изменение уровня грунтовых вод, а также сдвиги и оседание грунта могут привести к неравномерному распределению нагрузки на фундамент здания [4]. Также к возникновению многостороннего крена могут привести ошибки проектирования: неправильные расчеты нагрузок, несоответствие нормам проектирования или использование неподходящих строительных материалов могут стать катализатором для крена. Кроме того, недостаточная прочность фундамента на определенных участках здания может привести к его деформации. Возникновению многостороннего крена также способствуют климатические условия: изменения температуры и влажности могут вызывать усадку и расширение строительных материалов, что также может способствовать возникновению крена. Нагрузочные факторы: изменения в использовании здания, например увеличение количества этажей, добавление новых конструкций или оборудования-могут привести к перераспределению нагрузок и, как следствие, к крену [5, с. 169-170].

Традиционно для выравнивания зданий использовались следующие методы: подъем здания с помощью домкратов и установка новых опорных конструкций [6]. Укрепление фундамента инъекцией цементного раствора или других материалов, установка дополнительных свай или анкерных систем - эти методы проверены временем и доказали свою эффективность, однако они требуют значительных временных и финансовых затрат, а также могут вызывать дополнительные повреждения конструкции.

Современные технологии предлагают новые решения для выравнивания многостороннего крена, например магнитные поля, которые применение для стабилизации здания. Магниты могут быть встроены в конструкцию фундамента и активируются при обнаружении крена. Они создают силы, противодействующие смещению здания. Криогенные методы – это замораживание грунта вокруг фундамента с последующим его уплотнением. Этот метод может быть использован для временного закрепления здания перед проведением других ремонтных работ. Также для устранения многостороннего крена применяется разработка системы внешних противовесов, которые будут установлены на крыше или на других высоких точках здания, что может помочь сбалансировать центр тяжести, полезно использовать выдвижные механизмы, которые могут быть активированы в зависимости от изменений в положении здания. Используются роботизированные системы – разработка роботов, способных проникать в труднодоступные места здания и проводить необходимые ремонтные работы. Роботы могут укреплять слабые участки конструкции, устанавливать дополнительные элементы или даже менять конфигурацию здания.

Пример успешного устранения многостороннего крена здания – это башня Millennium Tower в Сан-Франциско. Здание, построенное в 2009 году, начало наклоняться и проседать из-за слабого фундамента. Проблема была решена установкой 52 микросвай, которые прошли через мягкие слои почвы и достигли твёрдой породы, остановив дальнейшее проседание и уменьшив крен.

Технологии выравнивания продолжают развиваться, и будущее обещает еще больше возможностей. Экзоскелетные конструкции, которые будут обертывать здание и обеспечивать ему дополнительную поддержку. Эти конструкции могут быть изготовлены из легких и прочных материалов, таких как графен или углеродные нанотрубки. 3D-печать и нанопечатные технологии-использование 3D-печати для создания индивидуальных компонентов и структур, которые помогут укрепить здание и устранить крен. Нанопечатные технологии позволят создавать сверхтонкие и прочные материалы, которые можно внедрять непосредственно в существующие конструкции.

Вывод

Выравнивание многостороннего крена зданий остается актуальной проблемой, требующей внимательного подхода и использования современных технологий. Традиционные методы остаются востребованными, но инновационные решения открывают новые горизонты для эффективного и безопасного устранения крена. Дальнейшее развитие технологий позволит повысить надежность и долговечность зданий, обеспечивая безопасность людей и сохранность архитектурного наследия.