Часовая башня Биг-Бен является иконой британской культуры и была переименована в “Елизаветинскую башню” в 2012 году в честь бриллиантового юбилея королевы Елизаветы II. После постройки в 1858 году она стала самой высокой и самой большой часовой башней в мире. Биг-Бен, расположенный в Лондоне, славится своей точностью и аккуратностью и известен как самые точные четырехликие куранты в мире.
Башня была построена из несущей кирпичной кладки и каменной облицовки площадью 11 м2, установленной на высоте 61 м. Часовая башня была основана на бетонном плоту толщиной 3 м, занимающем общую площадь 15 м2 в гравии террасы, перекрывающей лондонскую глину. Вес Часовой башни составляет около 8400 тонн, при этом среднее давление на фундамент составляет около 400 кПа.
Циферблат часов находится на высоте 55 м над уровнем земли и отклонен от отвеса на северо-запад на 220 мм. Таким образом, наклон составляет примерно 1/250 – величина, которую часто называют просто заметной для туристов. Скорее всего, так и есть, большинство туристов часто видят, как они спорят о вертикальности Часовой башни.
Вестминстерский дворец и Часовая башня
Часовая башня структурно связана с четырехэтажным восточным крылом Вестминстерского дворца, как показано на рисунке 1. Во дворце располагается парламент Соединенного Королевства. И Часовая башня, и дворец имеют одноуровневый подвал со сводчатой кирпичной кладкой.
Строительство станции “Новый Вестминстер” для проекта лондонского метро вызвало значительные подвижки Часовой башни. В период строительства были приняты защитные меры, в основном в виде компенсационной цементации под Часовой башней, чтобы контролировать оседание и наклон памятника.
В этой статье мы рассмотрели наклон, поселение и защитные меры, принятые для охраны этого культового памятника Великобритании.
1. Геология Часовой башни
Ниже описана геология Часовой башни:
2. Наклон Часовой башни и меры по его устранению
Первым мероприятием, вызвавшим наклон Часовой башни, была проходка тоннеля новой юбилейной линии лондонского метрополитена в западном направлении. Проходка тоннеля метро была осуществлена в марте 1995 года с ограниченной компенсационной цементацией. Во время проходки тоннеля наблюдался наклон на 4 мм к северу. Наклон в северном направлении продолжал значительно увеличиваться после проходки тоннеля и достиг 9 мм в июле 1995 года.
При внимательном наблюдении за наклоном было замечено, что объемные потери участка составили около 3%. Это было значительно больше, чем допустимое значение в проекте.
Наблюдаемое увеличение наклона после проходки тоннеля также показало, что ожидаются значительные перемещения, зависящие от времени, как в период строительства, так и позже. Поэтому, чтобы уменьшить значительные перемещения Часовой башни, были предприняты следующие действия:
Наклон Часовой башни в северном направлении во время проходки тоннеля
На рис. 2 показаны измеренные наклоны Часовой башни с севера на юг от оптического отвеса в течение всего периода строительства и в течение шести месяцев после него. На нем также показано время проведения основных строительных работ. Прохождение четырех проходческих комплексов показано в верхней части рисунка. Сроки на различных глубинах котлована показаны внизу. Толстая вертикальная линия в декабре 1995 года указывает на начало компенсационной цементации для контроля наклона Часовой башни.
2.1 Принцип компенсационной цементации
Принцип компенсационной цементации заключается в закачивании цементного раствора под давлением в грунт в выбранных местах для противодействия оседанию, которое может испытывать вышележащее здание. Это делается путем установки стальных труб в грунт через регулярные интервалы, обычно около 0,3 м.
Каждое отверстие закрывается коротким резиновым рукавом, который действует как односторонний клапан. Таким образом, цементный раствор закачивается под давлением и не вытекает обратно. Для закачки цементного раствора может быть выбрано любое отверстие, и при необходимости система позволяет проводить повторную закачку через одно и то же отверстие.
Установка цементировочных труб под одним из самых оживленных районов Лондона была непростой задачей. Горизонтальный массив цементировочных труб был установлен путем бурения радиально наружу из вертикального ствола, расположенного в центре улицы Часовой башни. Трубы длиной около 50 м были пробурены под северным фундаментом Часовой башни.
Горизонтальный массив цементировочных труб
Высота труб была выбрана таким образом, чтобы они находились непосредственно в толще лондонской глины. Это было сделано для того, чтобы избежать столкновения с грунтовыми водами в вышележащем гравийном слое. Под фундаментом было установлено 16 трубок с максимальным расстоянием между ними 2,5 м.
Без компенсационной цементации суммарное увеличение наклона Часовой башни составило бы не менее 120 мм. Следовательно, это, безусловно, привело бы к значительному растрескиванию Часовой башни. К концу строительства дальнейшая цементация не проводилась. Таким образом, наклон, зависящий от времени, продолжал уменьшаться. Это соответствовало компьютерным прогнозам и по-прежнему находится под пристальным наблюдением.
2.2 Меры по устранению последствий
Пробная цементация была проведена в декабре 1995 года, когда наклон в северном направлении составлял 14 мм. После пробной цементации наклон уменьшился примерно на 10 мм. Таким образом, метод оказался подходящим, и можно было осуществлять значительный контроль наклона.
Следующим этапом цементации под Часовой башней была одновременная цементация, связанная с расширением для формирования тоннеля станции в западном направлении. Проходка в пределах расчетного желоба была полностью скоординирована с продвижением тоннеля. Она была дополнена дополнительными инъекциями под Часовой башней. Цель заключалась в полной компенсации вызванных проходкой тоннеля оседаний вместе с уменьшением наклона. Это было успешно достигнуто, и наклон Часовой башни уменьшился на 5 мм.
В период с января 1996 года по сентябрь 1997 года было проведено в общей сложности 24 этапа цементации. За этот период под Часовую башню было закачано 122 м3 цементного раствора. В основном, цементация была ограничена северной половиной плотового фундамента.
3. Оседание Часовой башни во время строительства тоннеля метрополитена
Вертикальные смещения Часовой башни показали циклы пучения, связанные с этапом цементации и последующим оседанием. Ниже описано оседание Часовой башни во время строительства:
4. Поведение Часовой башни после строительства
После завершения строительства в сентябре 1997 года наклон Часовой башни продолжал увеличиваться из-за продолжающейся консолидации Лондонской глины. К концу 1997 года скорость наклона уменьшилась, но контрольный уровень эффективности (PCL) был превышен в течение месяца.
Компенсационная цементация все еще продолжалась. Однако было решено, что дальнейшая фаза цементации может снова ускорить движения и оказаться непродуктивной. Поэтому было решено продолжить мониторинг PCL, чтобы установить дальнейшее наклонение Часовой башни.
Далее, увеличение наклона наблюдалось в марте 1998 года, через шесть месяцев после окончания строительства и завершающего этапа компенсационной цементации. Наблюдаемый наклон составил около 40 мм.
Изучение результатов измерений ширины трещин показало механизм, с помощью которого увеличение наклона Часовой башни отразилось в увеличении ширины трещин в конструкции. Детальный анализ показал, что при увеличении наклона на 1 мм на длине вертикального датчика 55 м средняя ширина трещины на высоком уровне в здании увеличивается на 0,07 мм.
Последние измерения показали, что долгосрочный наклон почти стабилизировался на уровне около 35 мм. Кроме того, наблюдалось раскрытие существующих трещин на величину до 3 мм. Однако это не оказало существенного влияния на простоту и стоимость ремонта.
5. Будущее часовой башни
Как сообщают исследователи, строительство подземного метро привело к тому, что башня на высоте 55 м наклонилась на юг примерно на 35 мм. Измерения показывают, что в течение 22 лет после завершения строительства тоннеля метро Часовая башня имела фоновую скорость наклона к северу около 0,65 мм в год. Колебания вокруг этой тенденции, составляющие около ± 2,5 мм, обусловлены сезонными и ежедневными тепловыми эффектами, о которых говорилось ранее. Таким образом, важную роль в дальнейшем движении Часовой башни будут играть сезонные и суточные тепловые эффекты.
Вопросы и ответы
Почему Часовая башня была названа Часовой башней Биг-Бена?
Когда она была построена, вес часов на башне был самым высоким в мире. Поэтому она была названа Часовой башней Биг-Бена.
Какова высота часовой башни Биг-Бен?
Высота часовой башни Биг-Бен составляет 96 м.
Каков максимальный наблюдаемый наклон часовой башни Биг-Бен?
Часовая башня Биг-Бен на высоте 55 м наклонена на юг на 35 мм.
Какова причина наклона часовой башни Биг-Бен?
Часовая башня Биг-Бен начала наклоняться к югу из-за строительства подземного метро рядом с башней. Строительство метро вызвало оседание башни.
Какой метод использовался для стабилизации наклона часовой башни Биг-Бен?
Для стабилизации наклона часовой башни Биг-Бен была использована компенсационная цементация.
Туннель под Ла-Маншем: Строительство самого длинного в мире подводного тоннеля
Мост Золотые Ворота: Строительство одного из самых длинных подвесных мостов в мире
Эйфелева башня: Особенности строительства железного гиганта
Читайте далее:- Пизанская башня: Архитектурное чудо или инженерная неудача?.
- Тоннель под Ла-Маншем: Строительство самого длинного в мире подводного тоннеля.
- Готардский базовый тоннель: Особенности строительства самого длинного в мире тоннеля.
- Тоннель Ченани-Нашри: Самый длинный в Индии двунаправленный автодорожный тоннель.
- Туннель Атал Рохтанг: Строительство самого длинного в мире автодорожного тоннеля на высоте 10 000 футов.
- Эйфелева башня: Особенности конструкции железного гиганта.
- Бурдж-Халифа: Строительство самого высокого сооружения в мире.