Способ защиты зданий и сооружений от вибраций

Изобретение относится к строительной технике, в частности к технике защиты зданий или сооружений от вибраций, в том числе техногенной и сейсмической. Способ защиты зданий и сооружений от вибраций включает определение активной зоны вибраций и длины поверхностной волны, выполнение вертикального экрана между активной зоной вибраций и зданием или сооружением в виде, по меньшей мере, одного ряда скважин, пробуренных на глубину не менее 0,5 длины поверхностной волны, причем прямая, проведенная из любой точки активной зоны вибраций через крайние точки вертикального экрана, не пересекает основание здания или сооружения, выполнение дополнительного экрана под основанием здания или сооружения в виде скважин, пробуренных по равномерной сетке на глубину не более глубины вертикального экрана, причем скважины вертикального и дополнительного экранов обработаны уплотняющим раствором. Технический результат состоит в повышении эффективности защиты зданий или сооружений от вибраций и сейсмической жесткости грунтов основания здания и сооружения. 2 ил.

 

Изобретение относится к строительной технике, в частности к технике защиты зданий или сооружений от вибраций, в том числе техногенной и сейсмической.

Известен способ защиты фундамента здания от колебания грунта, включающий выполнение экрана в виде траншеи (см. авторское свидетельство №601355, кл. E02D 27/34, 1975).

Недостатком данного способа является низкая эффективность защиты вследствие неизбежного уменьшения несущей способности грунтового основания и соответствующее повышение опасности деформаций зданий и сооружений. Кроме того, в условиях городской застройки (наличие коммуникаций и дорог) не всегда удается выполнить указанный способ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ защиты зданий или сооружений от вибраций, включающий выполнение экрана в виде размещенных вокруг зданий или сооружений внутреннего и внешнего рядов скважин, заполненных поглощающим колебания материалом и расположенных в рядах в шахматном порядке (см. авторское свидетельство №1629416, кл. E02D 27/34, 1989).

Однако данный способ имеет низкую эффективность защиты зданий и сооружений от вибраций, т.к. предлагаемый в нем экран создает интенсивное поле дифрагированных волн, возникающих от краевых частей экрана. Кроме того, способ неэффективен в случае неглубоко расположенных и поверхностных источников вибраций, генерирующих преимущественно поверхностные волны. При расположении источника вибраций на поверхности земли согласно приведенному в способе соотношению глубина экрана получается равной нулю.

Предлагаемым изобретением решается задача создание способа защиты здания и сооружения от вибраций в том числе от техногенных источников, таких как железнодорожный транспорт, неглубоко погруженное метро и т.д., и от сейсмических источников, таких как неглубокие карьерные и промышленные взрывы и т.д. Техническим результатом является повышение эффективности защиты зданий или сооружений от вибраций за счет снижения уровня вибраций на зданиях и сооружениях, создаваемых поверхностными волнами, путем уменьшения интенсивности дифракционного поля поверхностных волн и повышения сейсмической жесткости грунтов основания здания и сооружения.

Технический результат достигается в способе защиты зданий и сооружений от вибраций, включающем определение активной зоны вибраций и длины поверхностной волны, выполнение вертикального экрана между активной зоной вибраций и зданием или сооружением в виде по меньшей мере одного ряда скважин, пробуренных на глубину не менее 0,5 длины поверхностной волны, причем прямая, проведенная из любой точки активной зоны вибраций через крайние точки вертикального экрана, не пересекает основание здания или сооружения, выполнение дополнительного экрана под основанием здания или сооружения в виде вертикальных скважин, пробуренных по равномерной сетке на глубину не более глубины вертикального экрана, причем скважины основного и дополнительного экранов обработаны уплотняющим раствором.

Сейсмические вибрации занимают частотный диапазон в пределах от долей Гц до сотен Гц. Частотный диапазон техногенных вибраций составляет лишь часть общего диапазона сейсмических колебаний от 2 до 80 Гц.

Установлено, что большая часть (до 70%) энергии от источника вибраций распространяется в виде поверхностных волн, а остальная реализуется в виде продольных и поперечных волн, которые в основном распространяются вглубь Земли. Выполнение вертикального экрана между активной зоной вибраций в виде по меньшей мере одного ряда скважин, пробуренных на глубину не менее 0,5 длины поверхностной волны и обработанных уплотняющим раствором, позволяет уменьшить интенсивность поверхностных волн, основная энергия которой распространяется в приповерхностном слое. Экспериментально установлено, что амплитуда поверхностных волн сильно убывает с глубиной. При этом большая часть энергии поверхностных волн сосредоточена в приповерхностном слое на глубине h не более 0,5 длины волны λ. Выполнение вертикального экрана таким образом, чтобы прямая, проведенная из любой точки активной зоны вибраций через крайние точки вертикального экрана, не пересекала основание здания или сооружения, уменьшает уровень дифрагированных волн, возникающих на краевых частях экрана, основание здания или сооружения оказывается в зоне влияния вертикального экрана. Выполнение дополнительного экрана под основанием здания или сооружения в виде вертикальных скважин, пробуренных по равномерной сетке на глубину не более глубины вертикального экрана, позволяет уменьшить интенсивность поля дифрагированных волн, возникающих на краевых частях вертикального экрана, снизить уровень волнового поля за вертикальным экраном. Обработка скважин дополнительного экрана уплотняющим раствором повышает сейсмическую жесткость грунта.

Способ защиты зданий или сооружений от вибраций поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено выполнение основного и дополнительного экранов, на фиг.2 - зависимость уровня вибраций от частоты.

Способ защиты зданий или сооружений от вибраций осуществляется следующим образом.

Определяют активную зону вибраций путем измерения в нескольких точках здания или сооружения с помощью калибровочной аппаратуры уровня вибраций, идущих от источника вибраций. Активной зоной вибраций считается зона, в которой уровень вибраций превышает допустимый уровень вибраций (нормативный документ МГСН 2.04-97). Между активной зоной вибраций и основанием здания или сооружения выполняют вертикальный экран в виде по меньшей мере одного ряда скважин. Скважины пробуривают на глубину не менее 0,5 длины поверхностной волны. Для определения длины поверхностной волны λ измеряют скорость V и частоту f поверхностной волны. По результатам этих измерений определяется длина поверхностной волны по формуле λ=V/f. Вертикальный экран выполняют таким образом, чтобы прямая, проведенная из любой точки активной зоны вибраций через крайние точки вертикального экрана, не пересекала основание здания или сооружения. Скважины обрабатывают уплотняющим раствором. Под основанием здания или сооружения выполняют дополнительный экран в виде вертикальных скважин, пробуренных по равномерной сетке на глубину не более глубины вертикального экрана. Скважины также обрабатывают уплотняющим раствором. Количество скважин и расстояние между ними выбирается таким образом, чтобы сейсмическая жесткость грунта под основанием здания или сооружения после обработки скважин уплотняющим раствором была не менее чем в 2 раза больше сейсмической жесткости исходного грунта.

Конкретный пример способа защиты зданий и сооружений от вибраций.

На строительной площадке площадью 50×20 м предполагается возвести 16-этажное здание. В 50 м от основания здания проходит линия неглубокого метрополитена - источник вибраций. С помощью калиброванной аппаратуры был измерен уровень вибрации от передвигающегося источника вибраций в нескольких точках основания здания в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2; 4; 8; 16; 31,5; 63 Гц. Полученные результаты сравнили с нормированными, приведенными в МГСН 2.04-97. Определили активную зону вибраций - область положения источника вибраций - из которой вибрации превысили допустимый уровень вибраций. С помощью сейсморазведочной аппаратуры измерили скорость поверхностной волны на площадке строительства, V=160 м/с. Определили длину волны для соответствующей частоты (8 Гц), равную 20 м. Между активной зоной вибраций и основанием здания выполнили вертикальный экран (основной экран) в виде двух рядов скважин на глубину 15 м с шагом 2 м. Вертикальный экран выполнили таким образом, чтобы прямая, проведенная из любой точки активной зоны вибраций через крайние точки вертикального экрана, не пересекала основание здания. В пробуренные скважины с помощью инъекторов, изготовленных из труб диаметром 48,0 мм с высотой перфорированной части 6,5-7,0 м, под давлением закачали расчетные объемы уплотняющих растворов. Под основанием здания выполнили дополнительный экран в виде вертикальных скважин, пробуренных по равномерной сетке 2×2,5 м на глубину 8 м и обработанных уплотняющим раствором. В результате в радиусе 1,5-2,0 м от инъектора раствор заполнил трещины и пустоты, уплотнил рыхлый грунт и сформировал в процессе твердения жесткий армирующий каркас, образуя включения цементного камня. Рыхлые фрагменты грунтового массива уплотнились давлением инъектируемого раствора, действующим внутри как массивный домкрат. Чем выше давление, тем существенно лучше физико-механические характеристики техногенно закрепленного грунта. Усиленный таким образом грунтовый массив является принципиально новым техногенным образованием - геотехногенным композитом или "геокомпозитом", обладающим высокой степенью жесткости и хаотической структурой, напоминающей корни дерева. Было установлено, что скорости поверхностных волн увеличиваются от 180 м/с до 300 м/с. Плотность грунта при этом изменялась от 1,7·10³ кг/м³ (до уплотнения) до 2,0·10³ кг /м³ (после уплотнения). При этом сейсмическая жесткость повышалась от 3·10⁵ кг/м² до 6·10⁵ кг/м². Вместе с этим повышалась несущая способность грунтов и снижалась интенсивность сейсмических колебаний. На фиг.2 приведены зависимости уровня вибраций от частоты без экранов, при вертикальном экране и при вертикальном и дополнительном экране. Из чертежа следует, что интенсивность вибраций в предлагаемом изобретении способа снизилась не менее чем на 15 дБ.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность защиты зданий или сооружений от вибраций за счет снижения уровня вибраций на зданиях и сооружениях, создаваемых поверхностными волнами, путем уменьшения интенсивности дифракционного поля поверхностных волн и повышения сейсмической жесткости грунтов основания здания и сооружения. В условиях городской застройки способ позволяет заметно снизить уровень вибрации и повысить комфортность проживания без потери несущей способности грунтов основания. С помощью предлагаемого способа можно повысить категорию здания за счет снижения уровня шумов. Способ экологически чист и безопасен.

Способ защиты зданий и сооружений от вибраций, включающий определение активной зоны вибраций и длины поверхностной волны, выполнение вертикального экрана между активной зоной вибраций и зданием или сооружением в виде по меньшей мере одного ряда скважин, пробуренных на глубину не менее 0,5 длины поверхностной волны, причем прямая, проведенная из любой точки активной зоны вибраций через крайние точки вертикального экрана, не пересекает основание здания или сооружения, выполнение дополнительного экрана под основанием здания или сооружения в виде скважин, пробуренных по равномерной сетке на глубину не более глубины вертикального экрана, причем скважины вертикального и дополнительного экранов обработаны уплотняющим раствором.