автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Анализ и оценка геодезических-маркшейдерских наблюдений за напряженнодеформированным состоянием фундаментов и оснований исторических памятников архитектуры

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Общая характеристика объекта исследований.

1.2. Обзор литературных источников по методам наблюдений за деформациями инженерно-технических сооружений.

1.3. Современные представления об оценке погрешностей и существующие критерии сопоставления средних значений измеряемых величин.

1.4. Применяемые методы геометризации экспериментальных данных.

1.5. Цель, основные задачи и принятые методы исследований.

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПРИНЦИПОВ И СХЕМ

ИЗМЕРЕНИЙ ДЕФОРМАЦИЙ ДВОРЦА «ОСТАНКИНО».

2.1. Исходные положения производства наблюдений за деформациями дворца.

2.2. Установление требуемой точности измерений деформаций.

2.3. Выявление систематических погрешностей измерений деформаций

2.4. Выбор схемы наблюдений за деформациями.

2.5. Определение класса точности и технических средств измерений

2.6. Выводы по главе.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ДЕФОРМАЦИЙ ДВОРЦА «ОСТАНКИНО» И ИХ

ВЗАИМОСВЯЗЕЙ С ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ГРУНТОВ.

3.1. Результаты исследования деформаций фундаментов внешнего периметра дворца.

3.2. Исследование деформаций строительно-конструктивных элементов дворца.

3.3. Изучение взаимосвязей деформаций фундаментов с физико-механическими свойствами грунтов.

3.4. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ

РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Оценка состояния фундаментов при их буро-инъекционном укреплении.

4.2. Разработка «Методики геодезическо-маркшейдерских наблюдений при оценке напряжённо-деформированного состояния фундаментов и оснований наземных сооружений».

4.3. Выводы по главе. ЮЗ

Актуальность работы. Сбережение культурного наследия связано с задачами реставрации и сохранения уникальных памятников отечественной архитектуры. За долгие годы, и особенно в прошедшем столетии, многие исторические памятники оказались в аварийном состоянии, большей частью обусловленном весьма малым объёмом финансирования, необходимого для проведения ремонтных и реставрационных работ, а также всё усиливающимся влиянием различных факторов, вызывающих разрушение фундаментов и конструкций зданий. В связи с этим, изучение инженерно-геологических условий и процессов, в которых находится и участвует тот или иной памятник архитектуры, является необходимым комплексом исследований для разработки мероприятий по обеспечению сохранности исторических объектов (изучение степени влияния тех или иных факторов на состояние фундаментов сооружения; ослабление последствий агрессивного воздействия внешней среды и т.п.).

Особое значение при изучении состояния исторических памятников в системе инженерно-геологических изысканий имеет получение, анализ и обобщение сведений о характере проявления деформаций, являющихся одним из результатов влияния внешних факторов на состояние сооружения. Поэтому вопросы качества измерений деформаций, их взаимосвязи с определяющими факторами внешней среды, условиями существования исторического архитектурного сооружения являются актуальными как при оценке общей картины взаимодействия памятника и внешней среды, так и при разработке рекомендаций по учёту влияния происходящих физических и техногенных процессов на характер деформируемости сооружений.

Цель работы. Разработка методов определения и оценки деформационных характеристик фундаментов и оснований наземных сооружений на основе анализа комплекса геодезическо-маркшейдерских и инженерно-геологических наблюдений.

Основная идея работы. Установление и учёт взаимосвязей деформаций фундаментов и физико-механических свойств прифундаментных грунтов при обосновании инженерно-технических решений по обеспечению сохранности конструкций сооружений.

Методы исследований. Использован комплексный метод, включающий анализ и обобщение литературных источников, систематизацию и статистический анализ измеренных величин, экспериментальные исследования, моделирование на ЭВМ, аналитические и графические методы представления функциональных зависимостей.

Научные положения, представленные к защите, и их новизна:

1. Разработаны принципиальные схемы и программа измерений деформаций фундаментов и конструкций сооружения с учётом проведения непрерывных геоде-зическо-маркшейдерских наблюдений в течение года, обеспечивающие обнаружение значительных по величине систематических погрешностей.

2. Выявлены закономерности гиперболического характера изменения градиента температуры во времени и по глубине отдельно для техногенных и природных грунтов в периоды формирования и исчезновения сезонно-мёрзлого слоя, позволяющие прогнозировать относительное изменение деформаций в различных частях сооружения с учётом состава их прифундаментных грунтов.

3. Установлена зависимость логарифмического вида относительных вертикальных перемещений деструктированных и укреплённых фундаментов от их глубины для периодов образования сезонно-мёрзлого слоя грунтов, позволяющая определять оптимальную для данных условий глубину заложения фундамента, при которой обеспечивается заданный уровень относительной вертикальной деформации.

Обоснованы научно-методические положения производства геодезическо-маркшейдерских измерений при оценке напряжённо-деформированного состояния фундаментов и оснований наземных сооружений, учитывающие необходимость установления систематических погрешностей измерений и обеспечивающие достижение требуемого качества выполняемых работ.

Достоверность выполненных исследований подтверждается представительным объёмом геодезическо-маркшейдерских и инженерно-геологических наблюдений, использованием проверенных методов обработки исходных данных измерений на основе математической статистики и теории вероятностей, положительными итогами апробации разработанных рекомендаций в производственных условиях.

Научная значимость работы состоит в выявлении закономерностей изменения деформаций фундаментов сооружений от температурного режима и влажности грунтов, установлении взаимосвязей вертикальных перемещений деструктированных и укреплённых фундаментов с их глубиной в сезонно-мёрзлых грунтах, обосновании научно-методических положений выполнения геодезическо-маркшейдерских измерений при оценке напряженно-деформированного состояния фундаментов и оснований наземных сооружений.

Практическая ценность работы заключается в создании геодезическо-маркшейдерского обеспечения оперативного решения вопросов инженерно-геологического обоснования рекомендаций по усилению фундаментов сооружений в местах, наиболее опасных в деформационном отношении.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты исследований использованы при подготовке отчётных материалов по хоздоговорным темам музея-усадьбы «Останкино» и при выполнении наблюдений за деформациями дворца музея в период 1998-1999 гг., что позволило разработать требуемые рекомендации по мерам упрочнения фундаментных элементов памятника архитектуры.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры геодезии и маркшейдерии МГГА, на технических советах Московского музея-усадьбы «Останкино», на научных конференциях в Московской государственной геологоразведочной академии (1998 и 1999 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 печатные работы:

Объём диссертации: Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложений, изложенных на 151 странице машинописного текста, содержит 23 рисунка, 16 таблиц, список использованной литературы из 94 наименований.

Основные результаты выполненных исследований апробированы и приняты к использованию при инженерно-геологическом обосновании мероприятий по улучшению состояния фундаментов и конструкций дворца музея-усадьбы «Останкино» вг. Москве. Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. «Обоснование точности измерения осадок фундаментов дворца музея-усадьбы Останкино». - Тезисы докладов научной конференции факультета ФТР «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых на рубеже XX-XXI веков»; М.: МГГА, 1998 г., с. 141;

2. «Выделение деформационных зон сооружений по параметрам подвижности осадочных марок». - Тезисы докладов на IV Международной конференции «Новейшие идеи в науках о Земле»; М.: МГГА, 1999 г., с.97;

3. «Особенности проектирования микролокальных схем измерения осадок фундаментов и конструкции дворца музея-усадьбы Останкино». - Тезисы докладов научной конференции факультета ФТР «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых на рубеже XX-XXI веков»; М.: МГГА, 1998 г., с. 142.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой на основании выполненных исследований дано новое решение актуальной для архитектурно-исторических памятников научно-технической задачи геодезическо-маркшейдерского обеспечения качества измерений деформаций фундаментов и оснований при разработке рекомендаций по их реконструкции и укреплению. Исследования выполнены применительно к условиям постройки и расположения Московского дворца музея-усадьбы «Останкино». Их основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Разработаны научно-методические положения по измерению деформаций фундаментов и конструкций архитектурных памятников, включающие обоснование точности и схем измерения, а также рекомендации по устранению систематических погрешностей;

2. Установлено, что более высокие требования к точности измерений деформаций фундамента должны предъявляться к циклам, отнесённым к летнему периоду наблюдений, а при интерпретации данных по группам близко расположенных осадочных марок влиянием систематической погрешности в зимних циклах можно пренебречь;

3. Выявлены закономерности гиперболического характера изменения градиента температуры во времени и по глубине отдельно для техногенных и природных грунтов в периоды формирования и исчезновения сезонно-мёрзлого слоя, позволяющие прогнозировать относительное изменение деформаций в различных частях сооружения, с учётом состава их прифундаментных грунтов;

4. Установлена зависимость логарифмического вида относительных вертикальных перемещений деструктированных и укреплённых фундаментов от их глубины для периодов образования сезонно-мёрзлого слоя грунтов, позволяющая определять оптимальную для данных условий глубину заложения фундамента, при которой обеспечивается заданный уровень относительной вертикальной деформации;

5. Выявлена взаимосвязь между уровнем влажности грунтов и деформации фундаментов;

6. Предложен принцип выявления зон вероятных разрушений на основе показателя подвижности осадочных марок, характеризующегося суммарной деформацией в различные сезоны наблюдений;

7. Разработаны рекомендации по локальному ослаблению вертикальных деформаций, заключающиеся в увеличении глубины заложения фундаментов с глубины от минимальной 0.8-0.9 м до глубины 1.1-1.2 м.

Предложено обеспечивать непрерывный контроль за состоянием дворца методами маркшейдерских наблюдений в периоды проведения работ по увеличению глубины заложения фундаментов и мероприятий по организации эффективного водоотвода от грунтов, прилегающих непосредственно к дворцу;

8. Разработана и апробирована «Методика геодезическо-маркшейдерских наблюдений при оценке напряжённо-деформированного состояния фундаментов и оснований наземных сооружений».

1. Аксёнов В.К. Исследование напряжённого состояния угольного массива сква-жииными гидравлическими датчиками. Автор, диссерт. на соискание учёной степени к.т.н., Новосибирск, 1970;

2. Артёмов В.Г. и др. А.С. 901524 СССР, заявл. 6.03.80, №2891187/22-03, опубл. в Б.И. 1982, №4, МКИ Е21 С 39/00;

3. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. М.: Недра, 1975;

4. Беляев Б.И. Теория ошибок измерений. М.: МГИ, 1962;

5. Билик Ш.М. и др. Приборы и аппаратура для исследования проявлений горного давления. М.: Углетехиздат, 1958;

6. Большаков В.Д., Гайдаев П.А. Теория математической обработки результатов геодезических измерений. Изд. 2-е. М.: Недра, 1977;

7. Большаков В.Д., отв. ред. Методы и приборы высокоточного нивелирования. М.: Недра, 1976;

8. Большаков В.Д., Горбенко О.И., Климов О.Д. и др. Высокоточные геодезические измерения для строительства и монтажа большого серпуховского ускорителя. М.: Недра, 1968, 304 е.;

9. Борщ-Компониец В.И. Геодезия, основы аэрофотосъёмки и маркшейдерского дела. М.: Недра, 1984;

10. Брайт П.И. Геодезические методы измерения деформаций оснований и сооружений. М.: Недра, 1965;

11. Букринский В.А. Геометрия недр. М.: Недра, 1985, 296 е.;

12. Букринский В.А. Вопросы геометризации физико-технических и горно-геометрических показателей месторождения для моделирования на ЭВМ. М.: МГИ, 1996, 127 е.;

13. Вистелице А.Б. Основы математической геологии. Л.: Наука, 1980, 389 е.;

14. Ворковастов К.С., Васильева Э.А. Маркшейдерские работы при освоении россыпей. М.: Недра, 1981, 272 е.;

15. Ганыпин В.Н., Стороженко А.Ф., Буденков Н.А. Геодезические измерения вертикальных смещений сооружений и анализ устойчивости реперов. М.: Недра, 1991, 190 е.;

16. Ганыпин В.Н., Стороженко А.Ф. Методы оценки устойчивости реперов. Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъёмка, 1973, вып.5, с.3-10;

17. Гендель Э.М. Инженерные работы при реставрации памятников архитектуры. М.: Стройиздат, 1980;

18. Грабчак Л.Г. Основы теории, исследование процессов и оптимизация технологии бурового способа проведения геологоразведочных шурфов и вентиляционных скважин большого диаметра. Дисс. на соискание учёной степени д.т.н., М, МГРИ, 1974;

19. Глушко В.Г. и др. Оценка нарушенности горного массива электрометрическим методом в кн. «Применение средств контроля и обеспечение устойчивости кровли горных выработок и целиков (тезисы докладов)». М., 1980;

20. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений. ГОСТ 84846-81. Издание официальное. М.: Стройиздат, 1981;

21. Гудков В.М. Определение и использование характеристик изменчивости показателей месторождений полезных ископаемых. Сб. «Геология угольных месторождений», т.1. М.: Наука, 1969;

22. Диник А.Н. Статьи по горному делу. М.: Углетехиздат, 1957;

23. Евдокимов А.В. Разработка методики планирования потерь руды на основе геометризации пластообразных залежей при подземной добыче полезного ископаемого. Дисс. на соискание учёной степени к.т.н., М, МГИ, 1989;

24. Зимовнов В.И. Способ наименьших квадратов в приложении к измерениям, сопровождающимся постоянными погрешностями. М.: Геодезиздат, 1960;

25. Инструкция по наблюдениям за движениями земной поверхности и расположенными на ней объектами при строительстве в Москве подземных сооружений. М.: ИПКОН РДН, 1997;

26. Инструкция по наблюдению за движением земной поверхности и горных пород на рудных месторождениях. JL: ВНИМИ, 1959;

27. Инструкция по нивелированию I, П, III и IV классов. М.: Недра, 1990;

28. Каждан А.Б., Гуськов О.И. Математические методы в геологии. М.: Недра, 1990;

29. Каждан А.Б., Кобахидзе Л.П. Геолого-экономическая оценка месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1985;

30. Каждан А.Б., Гуськов О.И., Шиманский А.А. Математическое моделирование в геологии и разведке полезных ископаемых. М.: Недра, 1979, 168 е.;

31. Калюгин Ю.В. Разработка и исследование метода тригонометрического нивелирования применительно к наблюдениям за деформациями. Дисс. на соискание учёной степени к.т.н., М, 1987;

32. Камер Г. Математические методы статистики. Изд. 2-е; М.: Мир, 1975;

33. Карлсон А.А. Разработка и исследование методики наблюдений за осадками и горизонтальными смещениями высоких арочных плотин. Дисс. на соискание учёной степени к.т.н., М, 1975;

34. Кашниров Ю.А. и др. А.С. 926281 СССР, заявл. 7.12.79, №2848778/22-03, опубл. в Б.И. 1982, №17, МКИ Е21 0/39/00;

35. Кокс Д., Снем Э. Прикладная статистика. Принципы и примеры. Пер. с англ. М.:Мир, 1984;

36. Конопальцев И.М. Высокоточные угловые измерения при изучении движений земной коры. М.: Недра, 1978, 144с.;

37. Кораблёв А.А. Современные методы и приборы для изучения напряжённого состояния массива горных пород. М.: Наука; 1969;

38. Крейтер В.М. Поиски и разведки месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1969;

39. ЛевчукГ.П. Курс инженерной геодезии. М.:Недра, 1970;

40. Левчук Г.П., Новак В.Е., Конусов В.Г. Прикладная геодезия: основные методы и принципы инженерно-геодезических работ. М.: Недра, 1981;

41. Левчук Г.П., Новак В.Е., Лебедев Н.Н. Прикладная геодезия: геодезические работы при изысканиях и строительстве инженерных сооружений. М.: Недра, 1983;

42. Леман Э. Проверка статистических гипотез. М.: Наука, 1979;

43. Лукьянов В.Ф. Расчёты точности инженерно-геодезических работ. М.: Недра, 1981;

44. Лукьянов В.Ф., Новиков В.Д. Наблюдения за осадками зданий методом тригонометрического нивелирования. Геодезия и картография. №7, 1982, с. 2779;

45. Львовский Э.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. М.: Высшая школа, 1988;

46. Маслов Н.Н. Задачи и основные принципы разработки программ геодезических исследований по наблюдениям за деформациями гидротехнических сооружений. Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъёмка. 1958, №4, с. 21-29;

47. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. М.: Мир, 1968, 408 е.;

48. Мельников Н.В. Распределение и корреляция показателей физических свойств горных пород. Справочное пособие. М.: Недра, 1981, 190 е.;

49. Михелёв Д.Ш. Принципы обоснования точности геодезических измерений при изучении деформаций инженерных сооружений. Исследования по геодезии, аэрофотосъёмке и картографии: Межвузовский сборник. Вып. 1(1). М.: Изд. МИИГА-иК, 1976, с. 29-32;

50. Михелёв Д.Ш., Рунов И.В., Голубцов А.И. Геодезические измерения при изучении деформаций крупных инженерных сооружений. М.: Недра, 1977;

51. Михелёв Д.Ш., Рунов И.В., Голубцов А.И. Геодезические измерения при изучении деформаций крупных инженерных сооружений. М.: Недра, 1983, 112 е.;

52. Низгурецкий З.Д. Использование элементов теории случайных функций для оценки точности определения содержания полезных компонентов и мощности залежи при геометризации. ВНИМИ, 1963, с. 292-311;

53. Николдышев И.С. Проектирование и строительство шахтных колодцев. Гипро-возход, 1967;

54. Пашкин Е.М. Инженерно-геологическая диагностика деформаций памятников архитектуры. М.: Высшая школа, 1998;

55. Пашкин Е.М. Домарёв О.В. Результаты режимных термометрических наблюдений на территории дворца Московского музея-усадьбы «Останкино». Научно-технический отчёт. М.: ИГИТ, 1998;

56. Пашкин Е.М. Результаты исследований фундаментов и грунтов в восточной части дворца для обеспечения укрепления и гидрофобизации кладок. Научно-технический отчёт. М.:ИГИТ, 1997, Фонд Московского музея-усадьбы «Останкино». Фонд III;

57. Пискунов М.Е. О разработке методики наблюдений за осадками сооружений геодезическим методом. Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъёмка. 1974, №1, с. 13-23;

58. Пискунов М.Е. Методика геодезических наблюдений за деформациями сооружений. М.: Недра, 1980, 248 е.;

59. Пояснительная записка 4.2. Научно-проектная документация. М.: «Спецпроекгрестав-рация», 1998, Фонд Московского музея-усадьбы «Останкино». Фонд Щ инв. № 1808;

60. Применение геофонда в горном деле. Горный журнал. 1923, №6;

61. Ржевский В.В., отв. ред. Техника контроля напряжений и деформаций в горных породах. Л.: Наука, 1978;

62. Ризниченко Ю.В., отв. ред. Исследования горного давления геофизическим методом. М.: Наука, 1967;

63. Руководство по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1975;

64. Руководство по наблюдениям за осадками фундаментов и деформациями крупнопанельных зданий массового строительства. М. : Стройиздат, 1964;

65. Руководство по оценке состояния и свойств угольного массива скважинным гидравлическим датчиком. Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1978;

66. Рунион Р. Справочник по непараметрической статистике. Современный подход. Пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1982;

67. Руминский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971;

68. Рыжов П.А. Математическая статистика в горном деле. М.: Высшая школа, 1973, 287 с.;

69. Рыжов П.А., Гудков В.М. Применение математической статистики при разведке недр. М.: Недра, 1966, 236 е.;

70. Савин Г.Н. Распределение напряжений вокруг отверстий. М.: Недра, 1968;

71. Справочник маркшейдера. Часть II. М.: Гос. Научно-техн. изд. литер, по чёрной и цветной металлургии, 1955;

72. Справочник по математическим методам в геологии. М.: Недра, 1987;

73. Соболевский Л.К. К 100-летию со дня рождения. Труды МГИ. М.: 1968;

74. Строев Н.С. Организация скоростного сооружения стволов шахт. М.: Недра, 1965;

75. Трумбачёв В.Ф., Молодцова JI.C. Применение оптического метода для исследования напряжённого состояния пород вокруг горных выработок. М.: Изд. АН СССР, 1963;

76. Турчанинова И.А., Панин В.И. Геофизические методы определения и контроля напряжений в массиве. JI.: Наука, 1976;

77. Усиков Ю.Т. Достоверность геологоразведочной информации. М.: Недра, 1988;

78. Ушаков И.Н. Горная геометрия. М.: Недра, 1979;

79. Фисенко Г.П. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М.: Недра, 1965;

80. ЦытовичН.А. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1973;

81. Чекалин С.И. Исследование сезонных осадок фундаментов и конструкций дворца музея-усадьбы «Останкино». Научно-технический отчёт. М.: ИГИТ, 1998. Фонд Московского музея-усадьбы «Останкино»;

82. Чекалин С.И. Проведение комплекса инженерно-геодезических работ на территории музея-усадьбы «Останкино». Научно-технический отчёт. М.: ИГИТ, 1999. Фонд Московского музея-усадьбы «Останкино». Фонд Ш;

83. Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.: Недра, 1982;

84. Геометризация месторождений минерального сырья как основа рационального освоения недр. Научные труды МГИ. М.: 1969;

85. Математические методы и модели в планировании и управлении горным производством (А.Г.Протосеня, С.А.Кулиш, Е.И.Азбель и др.). М.: Недра, 1985, 288 е.;

86. Девис Дж. Статистика и анализ геологических данных. М.: Мир, 1977, 572 е.;

87. Бондарик Г.К. Основы теории изменчивости инженерно-геологических свойств горных пород. М.: Недра, 1971, 272 е.;113

88. Бондарик Г.К. Общая теория инженерной (физической) геологии. М.: Недра, 1981,256 с.;

89. Пашкин Е.М., Домарёв О.В. Моделирование результатов наблюдений и температур-но-влажностного режима дворца и парка музея-усадьбы «Останкино». Научно-технический отчёт. М. ТПП. 1996. Фонд Московского музея-усадьбы «Останкино»;

90. SURFER for Windows. User's guide. Golden Software, Inc.;

91. Schwarz E. Zur Elimination von systimatischen Fehlern in Nivellement. Z. Vermes-sungswesen, 1966, №12, pp.486-493;

92. AshJkenazi V. Criteria for optimization. A practical assessment of a free network adjustment. Bolletino de Geodesia, 1974.95 fyJjjpB А- П , в. С. j Треч^НИ Л. И. ?1. Н- 0 фиКлПЛ/