Конструкции приспособлений для передвижки сооружений

Скорость передвижки сооружений составляет 4—20 м/час. При скорости передвижки до 6 м/час положение сместившихся катков выправляют во время перемещения сооружения. При большей скорости движения для выправления сместившихся катков приходится останавливать здание. Для передвижки сооружений применяют два вида приспособлений: тянущие и толкающие.
а) Тянущие приспособления. К тянущим приспособлениям относятся лебедки с полиспастами.
Величина тягового усилия, как было сказано ранее, устанавливается в процентном отношении от веса передвигаемого сооружения. В соответствии с принятой величиной тягового усилия подбирают мощность лебедки, диаметр троса, количество ниток в полиспасте, диаметр и конструкцию блоков.
Применение полиспаста для передвижки сооружений выгодно потому, что при этом увеличивается тяговое усилие и уменьшается скорость перемещения. Эти обстоятельства следует считать весьма важными достоинствами полиспаста, так как для передвижки сооружения требуется небольшая скорость.
Скорость перемещения сооружения при одновременной работе двух лебедок будет равна.

где v — скорость навивания каната на лебедку;
n — число ниток полиспаста.
Величина тягового усилия полиспаста T будет равна

где Р — тяговое усилие лебедки;
η — коэффициент полезного действия полиспаста.
Передвижка сооружений при помощи лебедок и полиспастов имеет следующие преимущества:
1) тяговое усилие может быть увеличено во много раз благодаря соответствующему устройству полиспаста,
2) движение сооружений по всей длине пути, при расположении неподвижных блоков за пределами нового местоположения сооружения, происходит непрерывно;
3) средняя скорость перемещения соответствует величине нормируемой технической скорости, которую принимают 4—6 м/час.
Недостаток тянущих приспособлений заключается в возможном образовании рывков при передвижке сооружения. Трос, воспринимая усилия, необходимые для обеспечения смещения сооружения, удлиняется. Благодаря накапливаемой в тросе потенциальной энергии сооружение приобретает ускоренное движение. Если скорость наматывания троса на барабан лебедки, разделенная на количество ниток полиспаста, меньше величин ускорения, полученного сооружением при сдвиге его с места, то перемещение его будет происходить отдельными рывками, которые будут тем сильнее, чем больше длина ниток полиспаста.
Для устранения этого недостатка тянущего приспособления при передвижке здания на большое расстояние необходимо применить трос большого диаметра (если это позволяет диаметр ролика блока), чтобы получить меньшее удлинение, или получить общее большее тянущее усилие от полиспаста установкой дополнительных подвижных блоков и тем самым уменьшить расчетное усилие в тросе.
При передвижке сооружения по кривой необходимо непрерывно вслед за его перемещением изменять местоположение неподвижных блоков, чтобы направление тяговых усилий все время было параллельно направлению перемещения сооружения. Для этого можно рекомендовать применение второго полиспаста, который по мере движения здания оттягивал бы неподвижные блоки основного полиспаста. Осложнения, вызываемые такой конструкцией, вынуждают заменять тяговые приспособления толкающими, т е. домкратами.
б) Анкеры и крепления неподвижных блоков. Неподвижные блоки, размещаемые за пределами нового местоположения сооружения, прикрепляют к анкерам. Когда сооружение передвигается по двум направлениям, анкерное крепление устраивают раздельно для каждого этапа передвижки. Для устройства анкеров неподвижных блоков можно применять забивные деревянные сваи длиной 3—5 м или вкопать в грунт отдельные стойки.
Для увеличения расчетной горизонтальной нагрузки на анкер увеличивают площадь пассивного сопротивления грунта. Для этого целесообразно выкопать не приямки, а траншею глубиной 2—2,5 м. В траншее с небольшим наклоном в сторону обратную направлению тягового усилия устанавливают деревянные стойки на определенном расстоянии одну от другой и плотно заполняют щебнем или бетоном (на кирпичном щебне) две трети высоты траншеи. В верхней трети со стороны передвигаемого сооружения, вплотную к стойкам — анкерам устраивают стенку из одного ряда толстых досок, после чего заполняют траншею до верха щебнем или бетоном.
Чтобы не привязывать блоки к стойкам, целесообразно прикреплять блоки не непосредственно к стойкам, а к балке, уложенной позади стоек и упирающейся в них.
Для расчета анкерного крепления необходимо прежде всего определить нагрузку Р, приходящуюся на 1 пог м участка расположения такого крепления.
Величина этой нагрузки P будет равна

где T — величина тягового усилия, т;
L — длина анкерного крепления (стенки), м.
Расчет анкеров производится так же, как и расчет шпунтовой стенки. В рассматриваемом случае при направлении силы тяги с правой стороны на левую, грунт слева от анкерной стенки будет стремиться выдавливаться наружу, и как только сила тяги превысит величину пассивного сопротивления грунта, произойдет выпор. Следовательно, давление грунта слева направлено снизу вверх под углом внутреннего трения.

С правой стороны анкерной стенки давление должно быть направлено сверху вниз. При этом силы, действующие внизу справа, должны сместить земляную призму, доходящую до поверхности и, следовательно, в расчет должно быть введено полное противодействие земли с левой стороны (рис. 52). Получаемые большие величины пассивных сопротивлений грунта на отдельные стойки, при угле внутреннего трения грунта примерно 20° и более, позволяют рассматривать анкерное крепление как жестко защемленное, чем упрощается расчет. Тогда уравнение сил примет вид:

и уравнение моментов:

Решением этих двух уравнений определяются величины e и f.
В рассматриваемом случае конструкция анкерного крепления в верхней части выше точки Д состоит из шпунтовой стенки, а ниже точки Д из одиночных стоек. Сопротивление грунта при забивке одиночной сваи возрастает по глубине значительно быстрее, чем при забивке шпунтовой стенки. Действительно, пассивное сопротивление грунта на ширину диаметра сваи d при глубине, равной от 2d до 3 d, будет в 3—4 раза больше, чем для участка шпунтовой стенки длиной, равной диаметру сваи. Поэтому принятое условие расчета анкерного крепления как жестко защемленного будет правильным. Ясно, что это условие не распространяется на плывуны и другие слабые грунты.
Величина изгибающего момента в направлении от точки А к точке В и далее к точке Д от действия силы P будет возрастать, а от сопротивления грунта ниже точки В — уменьшаться. Точку максимального изгибающего момента можно определить, если взять первую производную от момента по глубине забитой сваи и приравнять ее нулю:

Пример: Р = 10 т; а = 0,5 м; h = 4 м; γ = 1,8 тс/м3 и φ = 40° (пески средней крупности).
Пользуясь приведенными выше формулами, находим величину f и е;

Решая два уравнения с двумя неизвестными, получаем:

Для установления максимального изгибающего момента рассмотрим произвольное сечение, отдаленное на расстояние х от поверхности, а также момент от сил, находящихся выше этого сечения, относительно этого сечения:

где M0 — изгибающий момент сопротивления грунта, расположенного выше сечения х.
Определим давление z в любом сечении, расположенном на расстоянии u от поверхности земли:

Момент от площади трапеции относительно любого сечения, находящегося на расстоянии х от поверхности земли, будет равен

При проверке анкерного крепления на устойчивость необходимо, чтобы величина давления была меньше величины пассивного сопротивления. В противном случае произойдет опрокидывание анкерного крепления.
Когда величина максимального изгибающего момента известна, подбирают диаметр и количество свай, приходящихся на 1 пог. м анкерного крепления.
Поскольку это крепление временное, величину расчетного сопротивления деревянных свай на изгиб можно принять до 200 кгс/см2.
Анкеры для крепления лебедок представляют собой куст на 2—6 свай. На последние надевают металлические бугели. К бугелям приваривают стальную раму соответствующих габаритов, к которой и прибалчивают раму лебедки с электродвигателем. Часто лебедки устанавливают на концах ходовых балок впереди движения сооружения.
При передвижке здания весом 25 тыс. г, по нашему предложению вместо конструкции анкеров из деревянных свай или заанкеренной стенки были использованы для закрепления неподвижных блоков рельсовые пути, по которым передвигали здание.
При этом способе закрепления блоков к рельсам было применено несколько конструкций анкеров, расчеты которых сводились либо к отрыву рельсов, прикрепленных к шпалам, либо на выдергивание анкерной плиты, заложенной в грунт.
1) Исследование силы сопротивления рельсов отрыву от шпал и шпал от подготовки. Аналитический расчет в данном случае весьма неточен, поэтому следует пользоваться натурными данными.

В результате проведенного исследования установлено, что при креплении неподвижного блока к одной нитке рельсов (при четырехниточных путях) на расстоянии 1 м от конца рельсовых путей последний отрывается от шпал при величине горизонтального усилия, равного 7 т, и одновременного действия момента 2,1 тм,. т. е. плечо горизонтальной силы было равно 30 см (расстоянию между горизонтальной осью блока и горизонтальной осью центра рельса). Отрывающее усилие было определено для рельсов типа Р-43 (Ia), прикрепленных к шпалам двумя костылями. Длина пути составила 3 м до места крепления блока и 1 м за ним (до конца рельсового пути) Шпалы были уложены на расстоянии 0,5 м одна от другой с подбивкой под них цементным раствором марки 50. В этом случае, если необходимо приложить большее отрывающее усилие, то можно концы рельсовых путей загрузить тяжелым балластом. Прочность же самого рельса значительно превышает действующего на него момента.
Горизонтальная сила, приложенная к рельсам, стремится приподнять концы рельсов, расположенных за пределами блока, вместе с уложенным балластом. Чтобы использовать рельсы всех путей на воспринятие этого горизонтального усилия, на рельсы укладывали стальную двутавровую балку (рис. 53), и приваркой упорных уголков обеспечили неизменность ее положения. Для крепления неподвижных блоков к рельсовым путям в качестве анкеров могут быть с успехом применены и заклинивающиеся упоры (рис. 54), устанавливаемые на некотором расстоянии от конца рельсовых путей. Эти заклинивающиеся упоры вполне приемлемы, когда к ним прикрепляются неподвижные блоки полиспаста. Однако их же применяли и как упоры для домкратов, толкавших здание. В последнем случае они себя не оправдывают из-за необходимости при каждом выходе поршня сначала забивать стальные клинья, а потом выбивать их. Эта конструкция упора не позволяет домкрату автоматически тянуть его за собой.

Упор, разработанный канд. техн. наук О. Новак, П. Бареш и инж. И. Шомонек (Чехия), при упирании в него поршнем домкрата автоматически заклинивается, а при обратном ходе поршня перемещается вместе с ним. Конструкция этого упора следующая: на головку каждого рельса двухниточного пути вставляется стальной башмак с соответствующим вырезом под головку рельса. Оба башмака под центром пути скрепляются шарниром. При нажатии на этот шарнир поршнем домкрата происходит заклинивание башмаков с рельсами. При обратном ходе поршня, стальные башмаки освобождаются от заклинки и свободно перемещаются по рельсам вслед за поршнем.
2) Расчет сопротивления анкерной плиты. Если не представляется возможным протянуть рельсовый путь на 1 м за пределы новых фундаментов и отсутствует необходимый груз для укладки балласта, то для устройства анкерного крепления неподвижных блоков применяют иной способ, как это и было сделано при передвижке другого здания (рис. 55).

У конца каждого пути выкопали колодец размером в плане 1,5х1,5 м и глубиной 2—2,5 м. На дно колодца уложили шпалу, к которой привязали конец одного троса, другой же конец троса был выведен из колодца на поверхность. Поперек этой шпалы и на нее уложили еще четыре шпалы. Колодец заполнили кирпичным щебнем и налили сверху жидкий раствор. Выпущенный из колодца конец троса привязали к двум средним ниткам рельсов одного пути. Чтобы действие горизонтального усилия от блоков было воспринято всеми рельсами, к которым блоки не прикреплялись, рельсы скрепили с уложенной поперечно на них стальной двутавровой балкой. Блоки же уложили на эту двутавровую балку и закрепили тросами с концами рельсов путей.
Как видно из схемы сил, приведенной на рис. 55, б, в точке О создается момент

где P — горизонтальное усилие, действующее на блок;
h — расстояние от оси ролика до оси рельса.
Этот момент должен быть воспринят анкерной плитой. Тогда усилие q в анкерном тросе будет:

где I — расстояние от оси блока до анкерного троса, м;
m — коэффициент перегрузки, применяемый равным 1,5.
Определив величину усилия, стремящегося поднять анкерную плиту, необходимо проверить, достаточно ли плита заделана в грунте, чтобы воспринять это усилие.
При подъеме плиты должно произойти выпирание лежащей непосредственно над плитой четырехгранной щебеночной призмы. Для ее подъема, кроме собственного веса заполнения приямка, необходимо еще преодолеть и силы трения от действия на заполнение с четырех сторон активного давления грунта или подъема — преодоления и веса всех четырех трехгранных призм. Поскольку сопротивление от сил трения будет меньше, то расчет ведем по следующей формуле:

где Н — глубина заложения анкерной плиты, м;
γ1 — объемный вес заполнения приямка, тс/м3;
γ2 — объемный вес грунта, тс/м3;
а — сторона четырехгранной призмы.
В приведенном определении величин неучтенное давление грунта четырех небольших угловых пирамид за счет расширяющихся кверху призм активного давления грунта принято в запас прочности.
3) Крепление подвижных блоков. Подвижные блоки крепятся к ходовым балкам при помощи тросов или специальных металлических хомутов. Для этого в стенках двутавровых ходовых балок на высоте крепления блока вырезают квадратные отверстия размером примерно 8x8 см. Блок укладывают на площадку из двух обрезков доски, опирающихся на нижние полки ходовых балок одного пути. Трос, проходящий через вырезанные в стенках балок отверстия, охватывает штырь, расположенный с противоположной стороны стенки каждой балки, и, скрепляя блок с ходовыми балками, прижимает штырь к стенке. Для воспринятая силы натяжения тросов, стягивающих две ходовые балки, между последними устанавливают распорку. Для предохранения троса от повреждения неровными после автогенной резки краями отверстия, целесообразно эти отверстия окаймить деревянными прокладками.
в) Толкающие приспособления. В качестве толкающих приспособлений для передвижки сооружений применяются домкраты. Они устанавливались (дом № 61 по ул. Горького и др.) как сзади дома, так и впереди его по ходу передвижки и, следовательно, не только толкали, но и тянули здание. С этой целью удлиняли передние концы рандбалок (или ходовых балок при наличии последних), соединяли их между собой поперечиной и упирали в нее сзади домкратом.
Домкраты применяются винтовые, гидравлические и электрические.
Техническая скорость перемещения при применении ручных домкратов небольшая — всего до 3 м/час. При этом вращение винтов домкратов должно происходить строго по команде и требует большого количества рабочих.
Электрические и гидравлические домкраты с централизованной системой управления более совершенны. Передвижку зданий толкающими усилиями производили в Москве с помощью электрических домкратов.
При работе одним домкратом управление электродвигателями осуществляется от кнопочного включения, установленного на домкрате. При групповой работе электрических домкратов электродвигатели включают параллельно одним рубильником. При отсутствии электроэнергии домкрат приводится в движение при помощи трещотки, надеваемой на квадратный конец передаточного вала.
Передвижка сооружений домкратами имеет ряд преимуществ перед тянущими приспособлениями:
1) плавное начальное смещение сооружения и дальнейшее его перемещение без рывков;
2) безопасность работы обслуживающего персонала;
3) сравнительно простое крепление опор;
4) постоянное нормальное приложение толкающих усилий при передвижке по криволинейному пути;
5) меньшая трудоемкость в подготовительных работах, чем при передвижке полиспастами.
Пятиэтажное каркасное здание больницы в Нью-Йорке в 1941 г. было передвинуто шестью гидравлическими домкратами. Все домкраты имели одну общую систему питания и пневмоаккумулятор. С каждого хода поршня здание передвигалось на 1,83 м, а техническая скорость перемещения составляла от 1,83 до 3,05 м/час. Воздушное давление в примененном пневмогидравлическом аккумуляторе составило 8 ати, а гидравлическое — 285 ати.
Основной недостаток домкратов сводится к частым, из-за выхода винта домкрата, остановкам передвигаемого сооружения. Этот недостаток весьма серьезен, так как практика показала, что величина средней скорости перемещения сооружения домкратами вследствие периодических остановок составляет примерно половину величины технической скорости.
Для создания упора в ходовых балках сзади домкрата приваривают к ходовым балкам диафрагму из двутавровой балки. Между диафрагмой и домкратом помещают упругую прокладку — деревянный брус. С противоположной стороны домкрата на рельсовые пути устанавливают упоры сварной конструкции. Между упором и винтом также ставят упругую прокладку из обрезка доски.
При перемещении сооружения по кривой домкраты должны иметь возможность поворачиваться — следовать за тем местом сооружения, в которое они упираются, в противном случае создается момент, изгибающий винт (поршень) домкрата. Применяемые в России домкраты не имеют шарниров (как со стороны винта, так и с опорной стороны). Благодаря укладке с обеих сторон домкрата дощечек, упругость которых обеспечивает ему необходимую величину поворота, не создается дополнительного момента.
Схема усилий, действующих на упор, прикрепленный к рельсам, приведена на рис. 56. Упор воспринимает изгибающий момент и сдвигающие силы. Силы, сдвигающие упор, воспринимаются трением клиньев.
Под воздействием момента Pl в точках а и б возникают усилия р, равные

где Р — толкающее усилие домкрата, т;
l — расстояние от точки приложения усилия домкрата до точки закрепления упора с рельсом, м;
К — расстояние между креплениями упора к рельсу, м.
В передней части упора усилие P стремится поднять упор и оторвать его заплечики. Заплечики рассчитаны наскалывание и изгиб от усилия Р.
В задней части упора под воздействием момента, создаваемого усилием P, заплечики прижимаются к рельсам, и, следовательно, не изгибаются.
Из-за меньшей технической скорости передвижки сооружения домкратами и меньших трудовых затрат при монтаже по сравнению с полиспастами при передвижке зданий на короткие расстояния — до 20—30 м, а также по кривой, где применение полиспастов осложняется, целесообразно применять домкраты с централизованной системой питания.

При передвижке тяжелых сооружений, когда требуются сложные полиспасты, целесообразно применять комбинированную систему тяги, состоящую из обычных полиспастов и домкратов. Причем домкраты должны быть рассчитаны на воспринятое только дополнительных усилий, возникающих при начальной сдвижке.
Домкраты обычно устанавливаются с задней по отношению к направлению перемещения стороны, а подвижные блоки полиспастов прикрепляются к ходовым балкам с передней стороны. Домкраты принято устанавливать с начальным напряжением, т. е. до плотного обжатия ими деревянных упругих прокладок. Передвижку начинают с включения лебедок, выбирающих трос из системы полиспастов, и только после натяжения троса включаются одновременно все электродомкраты. При совместной работе полиспастов и домкратов следует учесть, что скорость движения домкратами с централизованной системой питания обычно превышает скорость, достигаемую применением полиспастов. Исходя из этого их совместная работа должна продолжаться недолго. Как только сооружение начнет передвигаться, домкраты следует отключать, не ожидая ослабления силы натяжения тросов полиспаста.
Так, при передвижке здания Моссовета (дом № 13 по ул. Горького) после того, как оно переместилось на 10—20 см, домкраты были отключены, и здание продолжало передвигаться только полиспастами.
Исходя из данных практики, можно принять, что для преодоления инерции состояния покоя — дополнительного сопротивления в начальный момент передвижки, требуется воспринять нагрузку, равную 2% от веса передвигаемого сооружения.
Вместо электродомкратов следует применять более дешевые и значительно менее капризные гидравлические домкраты с обратным ходом поршня и централизованной системой транспортировки жидкости.
В этом случае поддается регулировке скорость движения здания. При скорости до 10 м в час можно выправлять катки во время движения.
Рассматривая критически применявшиеся конструкции упоров, следует отметить, что они еще не удовлетворяют нашим требованиям. Необходимо обеспечить движение упора вперед усилием поршня домкрата при его возвратном движении.