Загрузить

Геодезическое и информационное обеспечение возведения башни Burj Dubai

А.И. Ященко, О.B. Евстафьев

СОДЕРЖАНИЕ: приведены новейшие методы и процедуры геодезического обеспечения для удовлетворения требований строителей при возведении высотных зданий.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: комплексный контроль при возведении высотных зданий.

Несмотря на непростую финансовую ситуацию, закончились основные строительные и отделочные работы Башни Burj Dubai. Башня возвышается в элитном районе города Дубай и достигла высоты в 818 метров. На данный момент она является самым высоким сооружением в мире. В время строительства было решено много сложнейших задач. Типовые методы и процедуры геодезического обеспечения строительства здания не удовлетворили строителей по точности, надежности, скорости и достоверности получения результатов. В данной публикации рассказывается о новых методах и технологических операциях геодезического обеспечения.

Конструкция Башни

Башня Burj Dubai Башня Burj Dubai является главной частью проекта, включающего высотные отели, парки, галерею Дюбай Молл и рукотворное водохранилище Burj Dubai. В Башне Burj Dubai размещены отели, резиденции, офисы и апартаменты.

Строительство было поручено генеральному подрядчику Samsung Engineering & Construction, в группе с бельгийской компанией Besix и компанией Arabtec из Объединенных Эмиратов. В проекте были использованы смелые инженерно-технические идеи, применены сложные схемы доставки и хранения строительных материалов и инженерного оборудования. В настоящее время основные строительные работы на объекте завершены. За год до окончания на объекте ежедневно трудилось около 10 000 человек.

Здание было сооружено на столбчатых фундаментах. Более двухсот железно-бетонных столбов диаметром 1.5 метра и глубиной более 50 м поддерживает 3.7 метровый железобетонный массив фундаментной плиты. Здание башни состоит из трех обособленных крыльев, установленных под углом 120° к центральной оси.

Крылья здания и центральное ядро жесткости механически связаны между собой балками на нескольких уровнях. Каждое «крыло» здания строится с постепенным сужением к верху, в форме «трехгранного штыка». Бетонные плиты полов-перекрытий капитально связаны со стенами ядра жесткости. Выносные плиты карнизов перераспределяют возникающую нагрузку и передают на несущие балки. Проект Башни Burj Dubai включает большое количество крупных конструктивных элементов и сложную планировку. Большинство стен являются несущими элементами здания. Толщина стен составляет около 600 мм, несущие колоны оконечности флигелей имеют диаметр 2.5м. До отметки 156-того этажа конструкция выполнена из железобетона.

Особенности геодезического обеспечения строительства башни

Конструкция «подрастала» каждые 3 дня – каждые 3 дня монтировался один этаж. Это задавало темп, который диктовал все технологические процессы на объекте.

Во время строительства достигался набор необходимой крепости бетона. Бетонный раствор подавался в холодные ночные периоды, так как высокие дневные температуры не позволяли проводить бетонные работы.

На каждом участке работ процесс начинался с демонтажа опалубки предыдущего уровня, установки металлоконструкций, монтажа опалубочных форм, напорных рукавов и наполнение бетоном опалубки. Башня Burj Dubai- это громадное здание. Первостепенным являлся вынос в натуру и планировка суммарного ядра жесткости и, которое отливалось одномоментно на всех 9-и зонах. Работы производились посменно, 24 часа.

Огромную помощь в возведении Башни Burj Dubai оказало геодезическое и информационное обеспечение строительства. Как правило, геодезические работы при возведении высотных зданий выполняются среди арматуры, металлоконструкций, материалов и оборудования на монтажном горизонте, при работающих грузоподъемных механизмах и кранах. Рабочая зона перенасыщена материалами, оборудованием, персоналом, и это накладывает свои требования при выполнении высотных работ. Подобные факторы осложняют проведение геодезических работ. Геодезические работы включает большое количество задач: от разбивки и установки колонн и балок, стен, проемов и лифтовых шахт до разметки контура остекления. Так же геодезические работы проводятся для измерения деформаций и динамических процессов, для уточнения значений текущих и проектных параметров поведения объекта и обнаружения внезапных отклонений.

Во время строительных работ Башни Burj Dubai был проведен значительные объем исследования типов движений, величин смещений, их периодов и амплитуд, а так же последствий смещений в значениях определения положения инструмента и строящегося объекта. Был проведен анализ направления ветра, найден «Ветровой туннель» и проведены консультации. Были проведены значительные объемы наблюдений за поведением объекта, разработаны способы мониторинга конструкции, анализа его проведения, методы коррекции смещения, проработаны (отработаны) допусти и нормы колебаний.

Все полученные данные были систематизированы и объединены в общую базу, для удобства обработки, моделирования и анализа.

В процессе строительства геодезические работы становились больше похожи на управление вертикализацией каждого отдельного простого элемента стены по отношению к общей вертикали путём отдельной коррекции каждого положения, но со строгим ограничением предела по величине коррекции, по мере увеличения высоты конструкции. Это должно быть сделано пока колебания конструкции находились в заданных пределах.

Существует несколько подходов и взглядов на оптимальные методы геодезических работ для обеспечения строительства высотных зданий. Метод оптического отвеса сквозь плиты перекрытий ограничен и редко используются, последнее время, на таких высотных объектах. Использование оптического отвеса требует большого количество сквозных вертикальных каналов (технологических окон) в плитах перекрытий и наличия свободной оптической видимости для визирования. Это требует контроля за положением и состоянием строительных лесов и подмостков: по мере возрастании здания контроль требуется каждые 30 или более этажей. Движения и колебания здания являются причиной смещения измерительного оборудования и поэтому точные координаты контрольных точек известны только в данное конкретное время наблюдения или во время нового повторного наблюдения.

В Башне Burj Dubai существуют 9 зон ядер жесткости, на каждом из которых производился раздельный независимый геодезический контроль. Темпы строительства не оставляли достаточно требуемого времени на производство геодезических работ традиционными методами построения и передачи информации от базовых точек опорного обоснования.

Спутниковые измерения

Компанией Leica Geosystems была предложена технология использования высокоточного спутникового оборудования на верхней площадке возводимого здания, и дополнительного геотехнического оборудования на определенных этажах (уровнях) с обработкой информации внизу, в геодезическом офисе. Это потребовало создание новых и независимых геодезических и информационных решений для каждого монтажного участка бетонных работ.

Применяемый метод потребовал использование 3-ех комплектов двухчастотных спутниковых ГЛОНАСС/GPS геодезических приемников со спутниковыми геодезическими антеннами установленными на верху передвижной бетонной опалубки. ГЛОНАСС/GPS приемники выполняли измерения в режиме “Кинематика-На-Лету”. Спутниковые антенны были установлены соосно с круговыми (360°) призмами, дающие возможность наблюдения тахеометром с различных сторон. На объекте была использована постоянно работающая базовая станция в составе choke-ring антенны и двухчастотного спутникового ГЛОНАСС/GPS геодезического приемника под управлением специального программного обеспечения. На каждом монтажном горизонте бетонных работ определялись координаты необходимых точек и наблюдения подкреплялись измерением азимута на удаленную точку, установленную на одном из высотных зданий, и сохранялись в базе.

Несмотря на помехи интерференции и отражения сигнала от металлоконструкций, определение положения показывало точность лучше, чем 10 мм. Контроль с использованием спутниковых измерений выполнялся только в «плане» (2D).

Одним из важных этапов строительства являлось определение реального местоположения башни. Опорные точки, определенные с помощью ГЛОНАСС/GPS приемников, имеют точные известные координаты в пространстве, но поскольку сооружение все время движется, координаты опорных точек не «отнесены» к конструкции сооружения. Необходимо было определение текущих координат верха сооружения (плановых осей). Но не одна точка конструкции не может быть измерена заново и определена, потому, что верх здания постоянно надстраивается. Все леса и подмости, которые могут быть использованы для каждой точки неразрывно связанной с верхом (верхушкой) передвижных опалубочных форм (щитов), постоянно перемещаются гидравлическим домкратом. Использование ГЛОНАСС\GPS геодезических антенн на поднятых штангах над вертикальными стенами уменьшало искажения сигнала.

 

Dubai_2 Dubai_3

Высокоточные инклинометры

Для изменения положения конструкции были установлены 8 двухосевых инклинометров на первых 156 этажах железобетонной конструкции башни. Инклинометры были смонтированы на кронштейнах на стенах ядра жесткости центральной части башни. Инклинометры способны измерять собственный наклон по оси Х и У с точностью до 2.5 мм на 1 км и могут выдавать данные наклона в реальном режиме времени через последовательный порт с частотой 1 Гц. Датчики объединены проводной сетью управляемой компьютером. Специализированное программное обеспечение избирательно опрашивало датчики сети и сохраняло конфигурированные данные часовых файлов от всех датчиков с секундной дискретизацией в базах данных. Зная высоты установки датчиков и измеряя наклон, это позволяло определить средний отклонение верха здания от вертикали в каждый период времени (Принцип бамбукового удилища).

Объединенные интегрированные данные от всех датчиков позволяло моделированием определить основное смещение верха здания от проектного значения. В любой момент времени можно бы удаленно определить основное положение верха конструкции с точностью до 10 мм. Надежность измерений достигалась калибровкой каждого инклинометра. Их реальная точность до сих пор не знает аналогов.

Выносились высотные пикетажи к смещенным координатам башни, с таким расчетом, что потом, когда внешние воздействия изменятся до нормальных значений, величина смещения вернётся к прежним численным величинам.

Новые методы

Dubai_4

Эта комбинированная система геодезического мониторинга стала использоваться с самого начала производства строительных работ, с «нулевого уровня», еще до того как произошло наглядное проявление смещений (подвижки и колебания). Измерения были проверены традиционными методами, методом «обратной засечки на контрольную точку». Это был важный этап работ. Корреляция результатов обеспечивала качественную проверку для выполнения работ и, что главное …. уверенность. Со временем были подобраны оптимальные способы фильтрации данных, улучшена обработка потока данных и их представление, а так же методы проверки качества и целостности данных.

Во время строительства выполнялось обеспечение техническими данными каждого «стенового» элемента в виде отчета сразу по завершению выполнения бетонных работ. Система сделала производство работ простым «прозрачным» процессом. Система обеспечивала геодезическую службу данными в условиях ограниченной видимости и при любых погодных условиях без необходимости перерывов для технологических операций и работы грузоподъемных механизмов.


Шпиль и верхняя часть металлоконструкции здания

Dubai_5

На окончание железобетонной конструкции на уровне 156 этажа были установлены стальные конструкции настройки и шпиль, которые поднимаются вместе более чем на 250 метров. Шпиль, длинной более чем 140 м, собирается внутри металлоконструкции как продолжение вертикальной трубы и поднимается более чем на 87 метров от металлоконструкции выше отметки 850 метров. Вся сборка металлоконструкции надстройки и шпиля заняла около 19 месяцев.

При высотном строительстве большинство знаков геодезического обоснования конструкции получают смещения в ходе строительства из-за сжатия громадным весом конструкции основания и опорной плиты фундамента. Смещения в плане происходят как результат колебаний - движения Башни Burj Dubai и усадочной деформации бетонных перекрытий и колон. При передаче координат традиционным методом отсутствует уверенность в правильности и достоверности передачи информации от точки к точке. Для удаленного и постоянного мониторинга при строительстве башни были созданы и применены программы деформационного и динамического анализа.


Геодезический мониторинг

В течение строительства башни, кроме того, так же наблюдались другие непрерывные деформации, которые происходили как результат краткосрочных, так и длительных нагрузок, поведения материалов, и технологических циклов на всех стадиях строительства. Ядро жесткости и бетонные колоны эластично сжимались, как только застывший бетон подвергался нагрузкам и так же в дальнейшем продолжал сокращаться после воздействия длительной нагрузки. Это происходило незаметно, раз за разом. Постепенно осадок накапливался и стены ядра жесткости и колоны сжимались с различными скоростями на различные значения.

Геодезическая служба была обеспечена высокоточными и надежными данными при всех погодных условиях, при активной работе грузоподъемных механизмов. Использование новых геодезических методов мониторинга, наряду с традиционными, смогли с высокой точностью контролировать поведение здания. Необходимо отметить, что геодезическая практика сделала громадный шаг в развитие высотного строительства и достигла небывалых стандартов точности и надежности.

 


О компании Направления деятельности Услуги и заявка Проекты и решения Партнеры и клиенты Контакты