АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕНОСА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Развитие технологии переноса зданий и сооружений до 20 века
Примитивные технологии для перемещения зданий и сооружений известны с далекой древности. Считается, что инженеры прошлого использовали для этого различные рычаги, салазки, клинья и катки. Позже появились полиспасты (механизмы, увеличивающие тягу лебедки пропорционально числу канатов, охватывающих блоки, прикрепленные к перемещаемой конструкции). Канаты полиспаста наматывали на простейшую лебедку – ворот, но с вертикальным барабаном (кабестаном), который приводили в движение с помощью людей, волов или лошадей. Так же, для упрощения подъема тяжелых блоков, сооружались насыпи.
Издавна деревянные рубленые здания перевозились на плотах за сотни километров. Что бы перенести дом на берег, под него подводили несколько бревен, игравших роль катков. Стоит отметить, что деревянные здания отличаются от каменной гораздо большей гибкостью, поэтому их передвижение не требовало сложных инженерных решений.
Продвижение же каменных зданий требует соблюдения серьёзных требований: конструкцию необходимо одновременно и равномерно поднимать домкратами, поскольку в отличии от деревянного, где деформации имеют упругий характер, в каменном малейшая деформация приводит к образованию трещин, соответственно необходимо спрогнозировать осадку здания, которая не будет вызвать в нем трещины (не более 1,5 мм на 1 м.п. стены).
Так в древнем Египте при строительстве пирамид в 3-ем тысячелетии
до н.э. требовалось перемещение блоков весом до 100 т. Существует несколько гипотез осуществления поставок крупных деталей пирамид, но в 2014 г. профессором физики из Амстердамского университета Даниэлем Бонном, на основе настенной росписи из гробницы Джехутихотепа (рис. 1) была выдвинута и доказана теория, по которой технология передвижения заключалась в том, что блоки перевозились на санях, по пути следования которых египтяне мочили песок. Исследование показало, что правильное количество влаги в песке вдвое уменьшает необходимое тяговое усилие (рис. 1).
![Рисунок 1. Настенная роспись из гробницы Джехутихотепа. Везут большую статую на санях. Человек, стоящий впереди саней, мочит песок [7]](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/271828/pub_652056aebe5625396cdcdb8a_65205749752759301d377a1b/scale_1200)
![Рисунок 2. Установка в лаборатории. Когда сани подтягивают по сухому песку, перед санями накапливается песок (слева). На мокром песке (справа) этого не происходит [7]](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/271828/pub_652056aebe5625396cdcdb8a_65205764752759301d37a552/scale_1200)
Первое каменное здание было перенесено в 1455 г. архитектором Ридольфо Фиораванти в г. Болонье (Италия). Так колокольня св. Марка была перемещена на 10,5 м без каких-либо повреждений (рис. 3).
В 1586 г. в Риме, под руководством архитектора Доменико Фонтане, был перенесен Ватиканский обелиск.
Работы производились при помощи башен, возведенных вокруг обелиска. Сами же башни находились на наклонной эстакаде по которой на специальных площадках, опирающихся на катки, перемещался обелиск (рис. 4).
Далее, вплоть до конца 19 века о технологии передвижения ничего не
известно. В 1870 году в Нью-Йорке (США) открылась фирма «Chr. Vorndran Sons», положившая начало новой вехи развития технологии переноса каменных зданий.
Технология, применяемая в США, заключается в устройстве на одном уровне под стенами первого этажа или в теле фундамента балок (деревянных или стальных), расположенных в одном направлении, под ними - еще один или два ряда, расположенных перпендикулярно. Под смонтированную таким образом конструкцию в кладке фундамента устраивают гнезда, в которые, в свою очередь, устанавливаются ручные винтовые домкраты. Одновременная работа всех домкратов поднимала здание. Подъемные механизмы устанавливают таким образом, чтобы на участках, где предстоит устройство путей, расстояние между ними было не меньше 1,1 – 1,3 м (ширина пути). На этих участках фундамент разбирают до основания. Здание поднимается на высоту достаточную для монтажа путей, на которые затем кладутся катки из стальных болванок, имеющих форму цилиндра, а на катки - одинарные широкополочные или попарно скрепленные между собой стальные двутавровые балки (ходовые) (рис 5).
Часто под ходовые балки укладывали отдельные башмаки – стальные листы толщиной 30 – 50 мм (слябы) или уложенные впритык и сваренные между собой балки. Длина башмаков не превышала 1,5 м; расстояние между ними 3-4 м. Башмаки устанавливают в тех местах, на которые приходится большая нагрузка. Катки в этом случае располагаются только над башмаками. Ширина рельсовых путей, по которым передвигают здания, обычно в 2 раза уже железнодорожных. Для устройства путей под зданием его обычно поднимают и держат на этом уровне домкратами. Когда под конструкцией установлены все пути, здание опускают, и оно садится на ходовые балки, а через них и на катки. Само движение осуществляется либо с помощью домкратов, толкающих здание (рис. 6), либо с помощью полиспастов, тянущих здание.
На место передвижения здания закладывается фундамент и проводятся все необходимые коммуникации.
В России первое передвижение каменного здания было осуществлено в Москве в 1898 г. Двухэтажный дом переехал на 100 м. Технология переноса была подобна, применяемой в США.
Развитие технологии переноса зданий в первой трети 20 века
В первой половине 20 веке пионерами в технологии переноса здания становятся США:
· 1900 г. – в Нью-Йорке передвинуто 8 трех- и четырехэтажных каменных здания по намыленным балкам (трением скольжения);
· 1903 г. – передвижка жилого кирпичного здания в Питтсбурге;
· 1905 г. - перенос квартала в Бруклине (Нью-Йорк);
· 1913 г. – в Сан-Франциско на 50 м передвинуто здание школы
весом 8 000 т;
· 1915 г. – перенос каменной церкви в Питтсбурге;
· 1914 – 1916 гг. – ряд передвижек домов, церквей, отелей, клубов, железнодорожных станций и др.
На время Первой мировой войны все крупные проекты были приостановлены, но с ее окончанием в 1919 году применение технологии переноса зданий приобретает еще больший размах:
· 1919 г. – перемещение трехэтажного здания в Детройте;
· 1920 г. - в предместьях Детройта передвинуто 7 кварталов домов;
· 1921 г. – перенос восьмиэтажного здания компании «Дж. Вудвелл»;
· 1923 г. – передвижка здания Иллинойской центральной железной дороги в Чикаго; здания склада в Чикаго;
· 1925 г. – в г. Осборн, в связи с угрозой наводнения, 552 дома были передвинуты на 2,4 км;
· 1926 г. – передвижка восьмиэтажного жилого дома в Питтсбурге; 12 домов через реку в Чарлстоне; шестнадцатиэтажного отеля в Индианаполисе и др.
· 1927 г. – в г. Олбани переехало восьмиэтажное жилое здание «Форт-Фредерик»;
· 1929 г. – перенос здания морга в Питтсбурге (22,9 х 33,5 м, масса –
6 000 т); передвижка костела массой 9 000 т в Чикаго;
· 1930 г. – передвижение здания в Индианаполисе (41,1 х 28,8 м, массой – 10 000 т);
Начиная с 1932 г. в связи с экономическим кризисов в США, число передвижек резко падает.
Генеральный план реконструкции Москвы, как новый импульс в развитии технологии переноса зданий и сооружений
Принятый в 1935 году Генеральный план реконструкции Москвы дал новый импульс в развитии технологии передвижки зданий.
Первая передвижка каменного дома в Москве была осуществлена в ноябре 1935 г. на строительстве второй очереди метро.
Конструкция для передвижки была осуществлена следующим образом. Во все капитальные стены здания были заведены рандбалки, под которыми в промежутках между столбами фундаментов здания было установлено на шпальных клетках 12 гидравлических домкратов. Когда вес здания был воспринят домкратами, все фундаментные столбы были выломаны, и здание поднято на 80 см. Далее, была начата укладка под здание и по всей территории передвижки брусчатого настила и рельсов, а затем к рандбалкам были приварены стенкой вниз швеллеры, служившие ходовыми балками. В промежуток между низом ходовых балок и рельсами были уложены на расстоянии 75-80 см друг от друга катки из толстостенных труб диаметром
85 мм. После этого здание теми же домкратами было опущено на катки.
Передвижение здания производилось в косом направлении при помощи ручных лебедок и стальных тросов, со скоростью 6 м/час. После передвижки на 12 м задние было повернуто на 10° (рис. 7).
Данный способ лег в основу всех, реализованных в дальнейшем, проектов по передвижке каменных зданий в Москве.
Отдельно следует обратить внимание на передвижку в 1938 г. дома № 24 на ул. Горького (Саввинское подворье). Объем здания составлял 46 600 м3, масса – 22 400 т (одно из самых тяжелых зданий, перенесенных по сегодняшний день).
Здание «срезали» с фундаментов на уровне пола подвала, по которому укладывались рельсовые пути.
Сдвижка здания с места производилась двумя электрическими лебедками, мощностью 15 т каждая, при одновременной работе трех систем полиспастов.
Здание было передвинуто на новое место в течении трех дней. Скорость движения составляла в среднем 8 км/ч.
Здание передвигалось по 34 путям, состоящим из четырех или шести ниток рельсов и только один путь, состоял из девяти ни ток рельсов. Рельсы укладывались по деревянным шпалам, находящимся на расстоянии 0,5 м одна от другой. Под шпалами была сделана щебеночная подготовка. Опирание здания на рельсовые пути производилось через катки. Под домом находилось 1000 катков того же диаметра длиной 2,4 м (один путь имел двойную ширину) (рис. 8).
Все работы, связанные с передвижкой здания, заняли около пяти месяцев.
Наиболее же тяжелым перенесенным зданием является дом № 61/12 по улице Горького. Площадь застройки – 2 600 м2, объем – 48 060 м3,
вес – 24 670 т. Здание передвигалось в прямом направлении на 19,21 м.
В связи с началом Великой Отечественно Войны, число передвижек резко падает и уже не возвращается к былой интенсивности. Полученный опыт активно использовался в промышленности (для подъема цехов) и реставрации (для выравнивания башен и колоколен).
К началу «перестройки» накопленный опыт позволял передвинуть практически любое здание и сооружение, единственным ограничением была экономическая целесообразность.
Развитие технологии переноса зданий и сооружений в 21 веке
В настоящее время при перемещении, в основном, используют, ставшую уже классической, технологию передвижки с использованием рандбалок, катучих опор и прочих приспособлений, описанных в п. 1.3. Изменения касаются лишь подъемных и двигательных механизмов, получивших со временем большую мощность.
Данная технология имеет ряд существенных недостатков. Например, на один суппорт, как правило, приходится несколько точек реакции на тягу домкрата и сила относительно сконцентрирована, что негативно сказывается на передвигаемую конструкцию; толкание или вытягивание здания вызывает силу качения или скольжения; направление в процессе перемещения определяется положением толкания или вытягивания здания, что, в свою очередь, негативно сказывается на управлении направления движения.
Изучив исторический опыт и оценив возможность применения современных решений при передвижке зданий и сооружений, в 2020 году китайская компания «Shanghai Evolution Shift» разработала технологию «walking machine», подразумевающую применения метода перемещения шагающего типа.
Метод перемещения шагающего типа использует вместо привычных ходовых балок, рельсов и катков, производится монтаж шагающих устройств и временных опор. Шагающее устройство обеспечивает управление по вертикали и горизонтали. В процессе передвижки он может регулировать горизонтальное положение здания и одновременно управлять продольным расстоянием перемещения. Так же, устройство имеет функции распределения силы и всестороннего контроля.
Движение осуществляться за счет работы гидравлической насосной станции приводимой в действие компьютером, осуществляющим синхронное управление домкратами, установленными в шагающем устройстве.
Метод перемещения шагающего типа условно можно разделить на шесть этапов (рис. 9):
1. Исходное положение;
2. Восприятие нагрузки «вертикальным» домкратом;
3.Движение скользящей платформы, работа «горизонтального» домкрата;
4. Передача нагрузки на временную опору;
5. Возращение в исходное положение;
6. Восприятие нагрузки «вертикальным» домкратом;
Технология «walking machine» была применена в Шанхае при передвижке здания школы (рис. 10), для чего смонтировали 200 шагающих устройств.
Весь процесс занял 18 дней, за которые здание было повернуто на 21° и перемещено на 62 метра.
Точная стоимость реализации проекта при помощи «walking machine» не известна, но по словам главного технического руководителя проекта Лань Уцзи, это дешевле, чем снести, а потом построить на новом месте.
В том же 2020 году в другой части Китая компания Sinotrans Sarensперенесла историческое здание путем перемещения на самоходных модульных платформах на колесной базе (англ. self-propelled modular transporter, сокр. SPMT) (Рис. 11).
Чтобы переместить 2600-тонное здание монастыря на 76 метров, компания Sarens использовала 120 осей SPMT.
При передвижке здания было решено ограничить отклонения до 10 мм по горизонтали, 2 мм по вертикали и 4% уклона. При соблюдении всех требований здание габаритами 36 х 16 м было перенесено на 50 метров, повернуто на 20° и, наконец, перемещено еще на 26 метров.
Технико-экономические показатели работ по передвижке зданий
Экономическая целесообразность передвижки здания определяется величиной затрат на передвижку в сравнении с оценочной стоимостью здания. Но говоря об объектах культурного наследия сложно дать оценку целесообразности, в контексте разборки здания и возведения его на новом месте, ведь без подлинности нет истории.
На стоимость передвижки в первую очередь влияют расстояние перемещения, конфигурация здания, наличие или отсутствие подвала;
в меньшей степени – состояние здания. Передвижка каркасных зданий обходится дешевле, чем бескаркасных, так как для последних необходимо «связать» стены понизу. Существенно снижает затраты на передвижку зданий сокращение количества путей. Передвижка более экономична, когда в здании имеется подвал.
Затраты на передвижку, как и на строительство новых зданий рассчитывают на 1 м3 объема строения. В таблице 1 [1] представлен усредненный сравнительный расход основных строительных материалов и рабочей силы на 100 м3 четырехэтажного кирпичного здания, передвигаемого в прямом направлении и новом строительстве.
В таблице 2 рассмотрен перечень основных работ при передвижке кирпичного здания в % к его оценочной стоимости.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ввиду более высоких затрат на демонтаж зданий с его последующим восстановлением, технология передвижки выглядит достаточно привлекательной. Но, в свою очередь, являясь высокотехнологичным процессом, требующим привлечения высококвалифицированных специалистов, применение ее сегодня в России и мире ограничено. Поэтому необходимо разработать решения, которые позволят упростить и удешевить применения данной технологии.
ИСТОЧНИКИ
- Гендель Э.М. Передвижка зданий и сооружений. М.: Издательство «Знание», 1978 – 48 с.
- Гендель Э.М. Передвижка зданий. М.: Издательство Наркомхоза РСФСР, 1946 – 177 с.
- Гендель Э.М. Передвижка, подъем и выпрямление сооружений. Т.: «Узбекистан», 1975 – 272 с.