Аварии фундаментов



4.1. Классификация методов усиления

Выбор метода усиления и реконструкции фундаментов мелкого заложения (как столбчатых, так и ленточных) зависит от причин, вызывающих необходимость такого усиления, конструктивных особенностей существующих фундаментов и инженерно-геологических условий строительной площадки [1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11, 12, 13, 54].

Известно, что проектирование усиления фундаментов почти всегда сложнее проектирования новых конструкций. Это объясняется тем, что в каждом случае усиления приходится считаться с условиями эксплуатации объекта, со стесненными условиями работы, с разнообразием проявления деформаций зданий и сооружений и др.

Применяемые в настоящее время методы усиления и реконструкции фундаментов мелкого заложения можно классифицировать в зависимости от конструктивно-технологических способов их выполнения (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Классификация методов усиления и реконструкции фундаментов мелкого заложения

При большой толще слабых грунтов в основании
При неглубоком залегании несущего слоя грунта
То же, а также в случае увеличения глубины заложения фундамента при устройстве подвалов, при необходимости передачи нагрузки на более прочные грунты

На эти способы большое влияние оказывают условия, в которых находятся фундаменты: степень их разрушения, величины нагрузок, передаваемых на них, особенности конструктивной схемы здания или сооружения, инженерно-геологические и гидрогеологические условия.

Работы по предотвращению развития аварийных деформаций зданий включают усиление надземных и подземных конструкций зданий, фундаментов, а иногда и укрепление оснований. Возможны различные сочетания конструктивных мероприятий по восстановлению и реконструкции зданий и сооружений.

Швец В.Б., Феклин В.И., Гинзбург Л.К. Усиление и реконструкция фундаментов

1.3. Деформации фундаментов при изменении свойств основания (ч. 1)

Деформации фундаментов при изменении свойств основания и его недостаточной несущей способности освещены в ряде работ [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и др.]. Основными причинами отказа оснований являются: длительные простои разработанных котлованов, изменение влажностного режима грунтов (в том числе насыщение их химическими растворами), динамические воздействия и др.

Наибольшее количество воды в грунты основания попадает из подземных коммуникаций. Так, поступление воды в грунт из нового водопровода может составлять 15—18 %, а с увеличением срока его эксплуатации этот процент увеличивается [18]. Большую опасность для оснований фундаментов представляют поверхностные воды, отводу которых часто не уделяется должного внимания. Между тем замачивание оснований из поверхностных источников, как правило, приводит к неравномерным деформациям зданий. Особенно опасно замачивание оснований, сложенных структурно неустойчивыми грунтами — просадочными, набухающими, засоленными, пылеватыми и песчаными.

Как показывают наблюдения, в ряде крупных промышленных городов страны отмечается интенсивный подъем уровня грунтовых вод. Например, за период 1965—1977 гг. в Днепропетровске, Запорожье, Херсоне, Ростове-на-Дону и других городах уровень грунтовых вод поднялся на 10—15 м. Причинами этого являются интенсивная застройка территории, нарушающая условия поверхностного стока, утечки из коммуникаций, отстойников, резервуаров, а также подтопление водами вследствие строительства плотин, водохранилищ. В результате названных явлений во многих случаях изменяется несущая способность основания, обусловливая возникновение значительных осадок оснований и деформаций существующих зданий и сооружений. При этом возникает проблема обеспечения нормальных условий эксплуатации зданий и сооружений на обводненных основаниях.

Рассмотрим несколько характерных примеров деформации фундаментов при изменении свойств грунтов основания. При изысканиях под промышленное здание в г. Днепропетровске грунтовые воды не были обнаружены до глубины 30 м. Здание было запроектировано и возведено на коротких (10—12 м) виброштампованных сваях. К моменту сдачи здания в эксплуатацию были зафиксированы значительные осадки с тенденцией нарастания их во времени. Обследованием было установлено, что причиной осадок является подъем уровня грунтовых вод до глубины 14 м. Из-за значительных деформаций здание не было принято в эксплуатацию и потребовалось выполнение дорогостоящих работ по усилению фундаментов колонн залавливаемыми сваями длиной до 30 м.

Представляют интерес данные о неравномерных деформациях оснований фундаментов 10 дымовых труб на Баглейском коксохимическом заводе (рис. 1.3). Трубы высотой 80—100 м возводились в 1951—1958 гг. на фундаментной плите диаметром 18 м и глубиной заложения 7,3 м. Основанием фундаментов являлись лессовые просадочные грунты с толщиной слоя 10—16 м, подстилаемые непросадочными плотными суглинками. В период строительства грунтовые воды не были обнаружены на глубине 20 м.

При эксплуатации дымовых труб были отмечены неравномерные осадки фундаментов, обусловившие значительные крены. Наблюдения за грунтовыми водами установили повышение их уровня в виде куполов, приуроченных к отдельным источникам увлажнения. Скорость повышения уровня составляла 1—1,5 м/год. Источниками замачивания явились тушильная башня со шламоотстойником, канализация, градирни, коммуникации ТЭЦ завода и др. С увеличением зон увлажнения неравномерность осадок фундаментов с течением времени увеличивалась. Наблюдения за развитием кренов велись в течение 20 лет; результаты их представлены в табл. 1.2. Направление кренов совпадает с направлением подъема уровня грунтовых вод.

Аварии фундаментов

Лейтенант

Куратор

Группа: консультанты
Сообщений: 383
Регистрация: 9.1.2008

Репутация: 15

Неоднократно высказывалось мнение, что большая часть аварий объектов строительства происходит из-за разрушения и деформаций фундаментов. Во всяком случае, достаточно много аварий зданий и сооружений произошло из-за ошибок при инженерно-геологических изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации фундаментов.

В данном разделе не рассматриваются аварии, которые связаны со сложными грунтовыми условиями, т.е. при слабых или просадочных грунтах,
разработке грунта, подземной добыче полезных ископаемых, при оползнях и т.д.

Согласно действующим нормам при проектировании объектов строительства, необходимо выполнять инженерно-геологические изыскания, задание на проведение которых составляет проектировщик. При этом организация, выполняющая изыскания, должна руководствоваться действующими нормативными документами.

На практике встречаются случаи проектирования без проведения изысканий, также имеются примеры недостаточной глубины разведки грунта и недостаточного количества разведанных скважин. На берегах рек, озер и морей, а также на ранее застроенных территориях возможны локальные отклонения в характеристиках грунта, неучет которых, может привести к авариям.

Анализ показал, что многие эксплуатируемые фундаменты не соответствуют действующим нормам. У малоэтажных зданий имеются ленточные фундаменты, глубина заложения которых меньше глубины промерзания. У многоэтажных зданий имеются фундаменты, у которых давление под подошвой превышает расчетное сопротивление грунта. В некоторых зданиях, особенно на промплощадках, имеются случаи разрушения фундаментов агрессивными подземными водами.

Повреждения и сверхнормативные осадки фундаментов на естественном основании

Большое количество повреждений фундаментов, вызвано неправильной реконструкцией. При устройстве новых фундаментов, имеющих большую глубину заложения, чем примыкающие существующие фундаменты, часто наблюдаются значительные осадки эксплуатируемых фундаментов.

Ленточные фундаменты и отдельные под колонны — конструкции, которые обычно испытывают небольшие напряжения, поэтому их разрушения при нормальной работе наблюдаются относительно редко.

Более типичны повреждения плитных фундаментов. Это можно объяснить ошибками при их армировании.
При неравномерных осадках большое значение имеет способность зданий воспринимать растягивающие усилия в горизонтальном и вертикальном направлениях. От неравномерных осадок достаточно часто наблюдаются наклонные и вертикальные трещины в стенах каменных зданий. В панельных и монолитных зданиях этот вид повреждений наблюдается реже.

Неравномерные осадки могут быть вызваны неправильной эксплуатацией. Нами исследовались неравномерные осадки пристройки халвично-вафельного цеха Запорожской кондитерской фабрики. Было установлено, что на протяжении 40 лет наблюдаются осадки пристройки, которые опережают осадки основного здания Высказано предположение, что причина осадок — в постоянной откачке подземных вод.

Проводился анализ значительных горизонтальных смещений фундаментов здания холодильника Запорожского мясокомбината. По-видимому, этот вид деформации также связан с продолжительным водоотливом подземных вод.
Одними из наиболее ответственных являются фундаменты под машины с динамическими нагрузками. На фундаменты могут действовать значительные вертикальные и горизонтальные силы, изменяющиеся с различной частотой, импульсные нагрузки и т.п. Фундаменты должны быть запроектированы таким образом, чтобы их колебания не превышали допустимой величины. Это достигается увеличением размеров фундаментов и другими способами.
В некоторых случаях динамические воздействия от машин передаются по грунту на значительные расстояния и вызывают недопустимые колебания зданий. Существуют различные способы снижения динамической нагрузки, в том числе и устройство виброизоляции из податливых материалов.
Наблюдалось разрушение фундаментов от динамической нагрузки. Особенно часто разрушаются конструкции фундаментов дробилок горно-обогатительных комбинатов.

Осадки зданий на свайных фундаментах

Неравномерные осадки зданий можно уменьшить, если предусмотреть свайные фундаменты. Свайные фундаменты выполняются обычно железобетонными забивными, буронабивными и бурошгьекционными. Первые бетонные сваи на Украине выполнялись еще в начале XX века, при строительстве Ливадийского дворца. Ранее применялись в основном деревянные сваи. Деревянные сваи подвержены гниению, особенно при понижении уровня подземных вод. Описаны многочисленные случаи аварийных осадок зданий при разрушении деревянных свай. В некоторых случаях наблюдаются также значительные осадки зданий на ж/б сваях.

Причины сверхнормативных осадок в ошибках при изысканиях, проектировании и строительстве. Известны случаи, когда по заданию проектировщиков изыскания выполнялись только на небольшую глубину. При свайных фундаментах должны быть разведаны напластования грунтов ниже пяты примерно на 10м.

Опорный слой, разведанный только в своей кровле, может иметь небольшую мощность и подстилаться слабым слоем.
При проектировании должна быть обоснована надежность свайных фундаментов. Необходимо не только выполнять расчеты несущей способности сваи, но и проводить их испытания.

Количество осадок свай

Наибольшее количество осадок свай объясняется недостаточным контролем при производстве строительных работ. При забивке сваи должна контролироваться не только глубина погружения, но и их отказ. Следует отметить, что надежность забивных свай контролируется проще, чем свай, изготавливаемых на стройплощадке. Применяемая в Украине технология изготовления буронабивных свай не позволяет надежно контролировать практически выполняемую отметку пяты, конфигурацию и заполнение ствола На некоторых объектах Запорожского региона для уточнения размеров выполненных буронабивных и буроиньекционных свай, были вырыты технические шурфы. Оказалось, что некоторые буронабивные сваи выполнены без уширенной пяты, причем отметка низа свай значительно выше проектной. Пользуясь отсутствием контроля, строители иногда могут отступать от проекта, что ведет к значительному снижению несущей способности свай.
В странах Западной Европы применяется автоматический контроль конфигурации набивных свай при изготовлении. Это значительно повышает
надежность устройства свай.

На практике встречаются дефекты набивных свай при их изготовлении в виде неполного заполнения ствола, образования шейки низкой прочности бетона из-за недостаточного уплотнения и т.п.. В последнее время в большом объеме устраиваются буроинъекционные сваи. Технология их изготовления предусматривает удерживание стенок скважин тиксотропным раствором. Большое распространение получили сваи небольшого диаметра 150-200мм. Имелись случаи изготовления свай с неполным заполнением бетоном ствола сваи, а также отмечалась низкая прочность бетона в сваях.

В последние десятилетия начали применять технологию возведения фундаментов методом стена в грунте. Из-за небольшого объема и непродолжительного срока эксплуатации еще нет данных об авариях и повреждениях этих конструкций.

Для ликвидации аварийного состояния зданий применяется много способов свай, закрепление грунта, выравниваггие зданий и т.п. Из большого количества методов необходимо выбрать наиболее надежные и экономически целесообразные.

Применяются различные решения по усилению фундаментов и оснований. Отдельные фундаменты под колонны обычно усиливают путем устройства обоймы. Ленточные фундаменты, под колонны обычно усиливают устройством уширения. Для существенного увеличения несущей способности применяется подводка свайных фундаментов. Свайные фундаменты могут устраиваться из вдавливаемых или буро инъекционных свай. В некоторых случаях рационально выполнить закрепление грунта инъекцией или термическим способом. Применяется выравнивание зданий подъемом домкратами, выбуриванием грунта, замачиванием основания или притрузом поверхности грунта.

Имеется достаточно много примеров неудачных попыток усиления фундаментов. После некоторых усилений фундаментов осадки не прекращались и выполнялись другие дорогостоящие мероприятия. Приведем некоторые примеры неудачных устранений неравномерных осадок зданий.

Для двухэтажного здания общежития в г.Запорожье неравномерные осадки решили устранить увеличением ширины подошвы фундаментов. Здание, эксплуатируемое с конца 40 годов, было построено на ленточных фундаментах с отметкой подошвы -1,2м. Подвала не было предусмотрено. Фундаменты бутовые, марка раствора М10-15. Для увеличения ширины подошвы фундамента, было запроектировано два железобетонных пояса у подошвы существующего фундамента. По проекту реконструкции пояса стягивались металлическими элементами. Для выполнения этого усиления было необходимо полностью отрыть все фундаменты. При этом разрушалась вся отмостка и полы первого этажа. При сверлении отверстий в бутовых фундаментах, могло бы произойти их разрушение из-за низкой прочности раствора. Это дорогостоящее усиление не было выполнено, т.к. строительная организация не смогла его осуществить.

В г.Днепрорудном наблюдались значительные неравномерные осадки производственного здания. Считалось, что неравномерные осадки происходят из-за обводнения лессовых грунтов. Для устранения в дальнейшем неравномерных осадок было принято решение устроить лучевой дренаж. Были отрыты колодцы и пробурены горизонтальные скважины, охватывающие все здание. Это дорогостоящее мероприятие практически не уменьшило уровень деформаций.

Здание столовой в г.Днепрорудном получило значительные деформации в результате неравномерных просадок. Было разработано усиление фундамента путем устройства общей плиты, соединяющей ленточные фундаменты. Устройство этого усиления не остановило неравномерные деформации, т.к. они обуславливались просадкой нижних слоев грунта, и снижение давления под фундаментами практически не влияло на осадку. Было решено прекратить эксплуатацшо здания с усиленным фундаментом.

В г.Запорожье имеется несколько случаев неудачного закрепления грунта. При устройстве закрепленных массивов небольшого поперечного сечения, от просадки окружающего грунта могут наблюдаться практически такие же осадки закрепленных массивов.

Известно несколько случаев закрепления грунта силикатизацией, при которых в массивах не была достигнута требуемая прочность. Причина низкой прочности — в высокой влажности грунта и неудачном подборе закрепляющего состава.

К неудачным решениям следует отнести подведение свайного фундамента только под частью здания. При дальнейшей эксплуатации, в результате повышения или понижения уровня подземных вод, могут наблюдаться осадки у той части здания, под которой отсутствуют сваи. При этом у части здания, где устроены сваи, осадки будут значительно меньшие. Неравномерность осадок может привести к разрушению здания.
При устройстве забивных свай поблизости от эксплуатируемых зданий могут произойти повреждения конструкций. При этом требуется предварительное обследование технического состояния существующих зданий и оценка влияния забивки свай. Во время погружения свай контролируют колебания конструкций существующих зданий.

Большинство неудач при усилении фундаментов и оснований вызвано тем что конструктивные решения принимались без тщательного анализа напряженно-деформированного состояния конструкций и основания. Во многих случаях удовлетворительные результаты достигаются только при расчетах систем здание-основание по адекватным моделям.

отрывок из книжки Аварии зданий и сооружений Марков А.И., Маркова М.А.

Сообщение отредактировал OleLukoe — 22.4.2011, 9:52

ТехЛиб СПБ УВТ

Библиотека Санкт-Петербургского университета высоких технологий

Основные признаки аварийного состояния конструтивных элементов зданий и сооружений

При обследовании зданий и сооружений оценка физического износа конструктивных элементов здания производится визуальным контролем. Поэтому желательно знать основные признаки аварийного состояния, являющиеся предвестником обрушения.

Практически все здания и сооружения в России не обследовались периодически более 20-ти лет. Все это время для зданий не разрабатывались планы ремонтно-восстановительных мероприятий. При любом выходе на объект необходимо помнить о наиболее характерных признаках надвигающейся техногенной катастрофы.

1. Общие положения по оценке аварийности строительных конструкций

Термин «авария» и связанные с ним понятия «аварийное состояние», «предаварийное состояние» не имеют твердых общепринятых толкований. В данной работе под аварией строительных конструкций здания или сооружения подразумеваются обрушение строительной конструкции или всего здания или сооружения в целом, а также получение ими таких деформаций, которые делают невозможным их эксплуатацию.

Под аварийным состоянием подразумевается такое состояние конструкции здания или сооружения, при котором с большой степенью вероятности можно ожидать в ближайшее время их аварию.

Предаварийным состоянием будем называть такое состояние конструкции, когда в случае продолжения неблагоприятных воздействий (неравномерных осадок фундаментов, перепадов температуры, агрессивной среды и т. п.) может наступить авария конструкции.

Авария строительных конструкций может произойти из-за наличия в них скрытых дефектов, в результате хрупкой работы конструкции, когда разрушение происходит без предварительных сильных деформаций. В этом случае установить факт наличия аварийного состояния конструкции очень трудно.

Однако в большинстве случаев аварии конструкции предшествуют развитие больших деформаций, появление и раскрытие трещин и др. видимые признаки аварийного состояния.

Наряду с визуальным и визуально-инструментальным обследованием для установления аварийности конструкции обычно производят поверочные расчеты конструкции. При поверочных расчетах об аварийном состоянии конструкции судят по степени превышения расчетной нагрузки значения расчетной несущей способности конструкции с учетом выявленных в ней дефектов.

В существующих нормах проектирования принято следующее положение если какое-либо сечение конструкции достигло первой группы предельных состояний, то это предельное состояние наступает и во всей конструкции. В отношении аварийного состояния это справедливо для статически определяемых систем. В статически неопределяемых системах достижение в каком-либо одном сечении предельного состояния обычно не связано с обрушением конструкции. Это также должно быть учтено при решении вопроса о признании состояния конструкции аварийным. Анализ результатов обследования и поверочных расчетов позволяет дать достоверный ответ на вопрос, является ли состояние конструкции аварийным.

При этом можно встретить следующие случаи:

1. Обследование конструкций выявляет признаки, по которым можно судить, что конструкция находится в аварийном состоянии. То же подтверждают и поверочные расчеты.

2. Обследование выявляет признаки аварийного состояния конструкции, но поверочные расчеты это не подтверждают.

3. Результаты поверочных расчетов говорят о наличии аварийного состояния конструкции, а обследование признаков такого состояния не обнаруживает.

В первом случае, бесспорно, следует считать, что имеет место аварийное состояние конструкции.

Во втором случае следует проанализировать поверочные расчеты, а именно: учтено ли при их выполнении влияние выявленных дефектов строительных конструкций, правильно ли принята расчетная схема.

Если при поверочных расчетах ошибок не сделано, то не имеется достаточных оснований считать состояние конструкций аварийным. В зависимости от вида конструкции и выявленных дефектов в ряде случаев можно признать такое состояние конструкций предаварийным.

В третьем случае нужно еще раз обследовать конструкцию и, если при этом не будет выявлено признаков аварийности, то не появится и оснований для утверждения об аварийном состоянии конструкции. Очень часто встречаются случаи, когда разрушающая нагрузка значительно превосходит несущую способность конструкции, подсчитанную по действующим нормам.

Следует отметить, что правильность утверждения об аварийном состоянии конструкции в очень сильной степени зависит от квалификации лица, делающего такое заключение.

В ряде пособий, инструкций по обследованию строительных конструкций рекомендуется при снижении несущей способности конструкции более чем на 50% считать такое состояние конструкций аварийным или даже полным разрушением. По этому поводу следует заметить, что аварийное состояние зависит не только от несущей способности конструкции (степени снижения предусмотренной проектом несущей способности), но и от усилий, вызванных внешним воздействием. Что касается обрушения конструкции, то оно может произойти и при меньшем снижении ее несущей способности. Когда конструкция обрушилась, то она полностью исчерпала свою фактическую несущую способность.

2. Признаки аварийного состояния грунтового основания

Аварийным состоянием грунтового основания является такое его состояние, когда конструкции здания или сооружения, опирающиеся на это основание, находятся в аварийном состоянии по причине неудовлетворительной работы основания.

Следовательно, об аварийности грунтового основания судят по состоянию конструкций, опирающихся на него.

Нормы проектирования оснований зданий и сооружений /32/ ограничивают относительную разность осадок, среднюю и максимальную осадку фундаментов. При превышении этих деформаций предельных значений в конструкциях, опирающихся на основание, следует ожидать появление трещин. Однако не всегда при этом наступает аварийное состояние конструкций зданий и сооружений. Во многих случаях происходит лишь нарушение нормальных условий эксплуатации.

Естественное основание, если исключить стихийные бедствия (землетрясение, оползни), может прийти в аварийное состояние в случаях, когда:

— при проектировании здания или сооружения неправильно оценены прочностные и деформативные свойства грунтов основания;

— нарушена технология котлованных работ;

— допущено замораживание пучинистых грунтов;

— нарушены правила эксплуатации зданий и сооружений.

В качестве примера, когда нарушение естественной структуры грунтового основания привело к аварийному состоянию части надземных конструкций можно привести возведение жилого пятиэтажного крупнопанельного дома в Ленинградской области. При отрывке котлована была повреждена водопроводная магистральная труба, и часть котлована, отрытого в суглинке, долгое время была залита водой, что привело к сильному переувлажнению грунтов. После возведения здания произошло выпирание грунтов из-под подошвы фундаментов с разрушением пола подвала. Три секции дома, построенные на разжиженном грунте, просели и оторвались от двух ранее возведенных секций. Ширина трещин вверху здания достигла 4 см (рис. 1). Армированный пояс, предусмотренный проектом в связи с неоднородностью основания, при этом разорвался. В целом это здание нельзя было признать аварийным, так как деформации основания стабилизировались и обрушения здания не произошло.

Рис. 1. Схема деформации крупнопанельного жилого дома при сильной неравномерной деформации грунтового основания в результате его замачивания: 1 — скальный грунт; 2 — суглинок; 3 — поврежденная водопроводная труба; 4 — трещина.

Аварийным в этом случае можно считать состояние стеновых панелей в зоне трещин, так как были нарушены связи панелей друг с другом и появились трещины в простенках.

Примером достижения аварийного состояния надземных конструкций в результате промораживания пучинистых грунтов могут служить деформации надземной части двухэтажного кирпичного жилого дома в период строительства в Пушкине под Ленинградом. Строительство дома велось в зимний период. Окна подвала не были остеклены. Засыпанный в подвал керамзитовый гравий прикрыл основания фундаментов у наружных стен. Внутренние продольные стены имели фундамент, заглубленный относительно пола подвала всего на 50 см. Грунт под этими стенами промерз, произошло его пучение. В результате дом раскололся вдоль на две части. Ширина трещины на верху торцевых стен достигла 8…10 см. В данном случае дом в целом не находился в аварийном состоянии. Только участие продольных внутренних стен под перемычками можно было считать аварийным, и так как при дальнейшем развитии деформаций пучения появлялась возможность обрушения перемычек и перекрытий, опертых на них. После восстановления в летнее время жесткости стен путем установки тяжей и заделки трещин, а также утепления подвала к следующей зиме следов последствий морозного пучения основания не осталось. Если бы здание осталось с неутепленным к следующей зиме подвалом, то вполне реально появилась бы опасность обрушения участков стен.

При реконструкции здания часто устраивают эксплуатируемые технические подвалы вместо существующих ранее полупроходных подполий. При этом обычно углубляют подвал так, что расстояние между подошвой фундамента и поверхностью пола подвала составляет менее 50 см, а иногда подошва оказывается и выше пола подвала.

В последнем случае всегда наступает аварийное состояние грунтового основания. Если отметка пола подвала приближается к отметке подошвы фундамента на расстояние менее 50 см, то необходимо сделать расчет основания по несущей способности (по первой группе предельных состояний), т.е. проверить основание на возможность выпирания грунтов из-под подошвы фундаментов.

3. Признаки аварийного состояния фундаментов

Аварийное состояние фундаментов наступает из-за неудовлетворительной работы грунтового основания или из-за недостаточной прочности тела фундаментов.

При неудовлетворительной работе грунтового основания в фундаменте образуются сквозные трещины, они обычно сильно раскрыты, редко расположены, пересекают фундамент по всей высоте и заходят в стены.

Эти трещины не всегда приводят к аварийному состоянию надземных конструкций. Трещины вызывают перераспределение усилий по длине фундаментов, что может привести к перегрузке отдельных участков фундаментов и их разрушению. Это обычно сопровождается и местными разрушениями тела фундамента у перемычек над проемами. В местах перегрузки образуются слабо раскрытые часто расположенные вертикальные трещины и наблюдается вертикальное расслоение тела фундамента. Последнее определяется при простукивании вертикальных поверхностей фундаментов. В местах расслоения звук при простукивании глухой. Такое состояние участков фундаментов следует считать аварийным.

При недостаточной прочности тела фундаментов в них также появляются часто расположенные слабо раскрытые трещины и наблюдается вертикальное расслоение. Это аварийное состояние.

Появление трещин в стенках фундаментов стаканного типа под отдельные колонны, отсутствие должного омоноличивания стыка колонны с фундаментом следует признать аварийным состоянием фундамента, так как в этом случае не обеспечивается предусмотренная проектом заделка колонны в фундаменте, что приводит к увеличению усилий в отдельных элементах каркаса. В практике обследования имеется случай, когда в полностью смонтированном двухэтажном каркасном здании заделка колонн в фундамент осуществлялась только с помощью временных деревянных клиньев без бетона омоноличивания.

При реконструкции здания, когда производят углубление подвалов, не всегда обращают внимание на конструкцию фундаментов. В домах постройки прошлых веков часто нижняя часть фундамента выполнялась из камней округлой формы в распор со стенками траншеи без применения связующего раствора. Углублять пол при этом ниже верха такой кладки недопустимо.

При реконструкции двухэтажного дома в Ленинградской области, имевшего подобный фундамент, вместо полупроходного подполья решили сделать эксплуатируемый подвал. При этом на большую высоту обнажили кладку из камней округлой формы. Камни начали выпадать из кладки фундамента. Стены, опирающиеся на этот фундамент, получили большие деформации, перекрытия просели, перегородки упали. Вовремя не были приняты меры для укрепления стен и фундаментов, участки стен начали обрушаться, и здание пришлось разобрать полностью. В данном случае первый же вывалившийся из фундамента камень был достаточно достоверным признаком аварийного состояния фундамента. От момента вывала первых камней до обрушения стен прошло несколько лет.

4. Признаки аварийного состояния железобетонных конструкций

В соответствии с положением норм проектирования железобетонных конструкций /35/ предельное состояние по прочности наступает в сечении сжатых, сжатоизогнутых и изгибаемых железобетонных элементов тогда, когда деформации в наиболее сжатых волокнах достигают предельных значений. Это считается разрушением сечения элемента. В полностью растянутых сечениях предельное состояние наступает тогда, когда напряжение в арматуре достигает расчетных сопротивлений арматуры растяжению.

В статически определяемых изгибаемых, внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементах при больших эксцентриситетах достижение напряжений в растянутой арматуре значений расчетных сопротивлений (физического или условного предела текучести) неминуемо приведет к разрушению сечения элемента при небольшом увеличении нагрузки.

В статически неопределяемых элементах в этом случае произойдет образование пластического шарнира, что вызовет перераспределение усилий между опорными и пролетными сечениями элемента.

Отсюда можно сделать вывод, что появление текучести в растянутой арматуре статически определяемых элементов является аварийным состоянием (рис. 2). В статически неопределяемых конструкциях предельное состояние наступает тогда, когда начнет разрушаться сжатая зона бетона (рис. 3). О достижении растянутой арматурой предела текучести можно судить по ширине раскрытия трещин на уровне арматуры.

Рис. 2. Схема трещин в статически определяемом изгибаемом железобетонном элементе: 1 — нормальная трещина, в которой арматура достигла предела текучести; 2 — наклонная трещина; 3 — продольная трещина в сжатой зоне элемента.

Рис. 3. Схема трещин в растянутой и сжатой зонах в статически неопределяемом изгибаемом железобетонном элементе:

1 — нормальные трещины; 2 — наклонные трещины; 3 — продольные трещины в сжатой зоне элемента.

Если пренебречь растяжимостью бетона, то раскрытие трещин будет равно абсолютному удлинению арматуры на участке между трещинами

где — среднее значение относительное деформации арматуры на участке между трещинами

Здесь — отношение средних относительных деформаций на участке между трещинами к относительным деформациям арматуры в сечении с трещиной . Ориентировочно можно принять = 0,9.

Относительные деформации арматуры при достижении предела текучести можно принять для арматуры, имеющей физический предел текучести:

из стали класса А-I = 0,0011;

из стали класса А-II = 0,0019;

из стали класса А-III = 0,0028.

Для арматуры, не имеющей физического предела текучести, относительные деформации при достижении условного предела текучести можно вычислить по формуле

где — напряжение в предварительно-напряженной арматуре при напряжении в бетоне равном нулю с учетом всех потерь.

Для ориентировочных расчетов можно принять

Тогда для арматуры из стали класса А-IV = 0,0032; класса A-V = 0,0037; класса B-II = 0,0048; класса К-7 = 0,0037.

При таком подходе к решению поставленной задачи раскрытие трещин, соответствующее достижению предела текучести в арматуре, можно представить в виде следующей таблицы.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящая Инструкция распространяется на проектирование ж производство работ по усилению фундаментов промышленных, гражданских и сельскохозяйственных зданий и сооружений с помощью многосекционных свай. Усилению подлежат фундаменты каменных, бетонных и стальных зданий и сооружений, не претерпевших физический износ более 60 % и находящихся в состоянии реконструкции или аварии.

Примечания: 1. Инструкция распространяется на устройство фундаментов стен, опор, оборудования в стесненных условиях реконструируемых зданий и сооружений, где использование соответствующих строительных механизмов затруднено.

2. Инструкция может быть использована при разработке документаций для устранения крена зданий и сооружений.

1.2. Необходимость усиления фундаментов зданий устанавливается компетентной комиссией и может быть вызвана следующими факторами:

реконструкцией, сопровождающейся ростом постоянных и временных нагрузок на фундаменты за счет существенного изменения паспортной характеристики здания (этажности, типа перекрытия, балок, колонн и т.д.), изменением назначения помещений и увеличением длительных ж кратковременных нагрузок;

реконструкцией, связанной с освоением подземного пространства и с переоборудованием подземного хозяйства, нарушающей нормальную работу грунтового основания и угрожающей надежности существующего фундамента, а также реконструкцией непригодного фундамента;

Внесена Научно-исследовательским институтом промышленного строительства

Утверждена Министерством промышленного строительства СССР от 30 марта 1984 г., № 16-84

Срок введения в действие 1 июня 1984 г.

аварийными осадками и кренами, вызванными ошибками и упущениями на стадиях изысканий, проектирования и строительства, в результате которых грунты не обладают несущей способностью» достаточной для восприятия расчетных нагрузок;

сверхнормативными осадками и кренами, возникающими в результате нарушений режима эксплуатации зданий и сооружений (проливы, утечки и иссушение грунтов горячими газами подземных негерметичных воздуховодов);

аварийными осадками и кренами, появляющимися в результате общего подтопления территории, нарушения поверхностного стока и режима грунтовых вод, а также в результате активизации антропогенного суффозионно-карстового процесса;

застройкой территории без учета возможного отрицательного воздействия на работу оснований и фундаментов эксплуатируемых зданий и сооружений;

осадками и кренами, появляющимися в результате воздействия особых нагрузок (резкие нарушения технологического процесса, взрывы, землетрясения, наводнения).

1.3. Использование многосекционных свай для устройства новых фундаментов в стесненных условиях реконструируемых зданий целесообразно при решении следующих задач:

возведение несущих (тяжелых) стен и колонн внутри помещений, когда разработка котлованов невозможна по техническим причинам;

монтаж оборудования с большими сосредоточенными нагрузками, требующими устройства фундаментов.

1.4. Многосекционной сваей называется составная (железобетонная) свая, вдавливаемая отдельными секциями длиной 0,6 — 1,2 м с помощью домкратов. По мере вдавливания секции свай стыкуются до такой общей длины, при которой обеспечивается предельное сопротивление сваи. Реактивное усилие домкрата воспринимается собственной массой усиливаемых зданий я сооружений.

1.5. Сущность усиления фундаментов зданий заключается в подведении под них многосекционных свай, на которые сразу после подведения передается частичная или полная нагрузка от существующего здания или сооружения. Дефицит несущей способности основания или свай из условия сопротивления по грунту, целесообразность использования многосекционных свай и техническое решение усиления существующего фундамента определяются проектной организацией.

1.6. Усиление существующих фундаментов многосекционными сваями, а также устройство новых фундаментов из многосекционных свай при возведении промежуточных стен и опор в стесненных условиях реконструируемых зданий выполняются в плановом порядке и заключаются в подготовке фундаментов для восприятия будущих повышенных постоянных и временных нагрузок.

При необходимости предварительно ремонтируется тело существующего ленточного или столбчатого фундамента, т.е. ликвидируются трещины, сколы для восстановления первоначальной проектной монолитности.

1.7. Особенность усиления фундаментов аварийных зданий заключается в прекращении опасных осадок и кренов, появившихся в результате исчерпания несущей способности оснований и повлекших развитие трещин по всему зданию или его части, не допускающих дальнейшую эксплуатацию по условиям техники безопасности или эстетическим требованиям.

1.8. Многосекционная свая может быть висячей или сваей-стойкой в зависимости от грунтовых условий и особенностей усиливаемого фундамента. На сваю могут передаваться расчетные вертикальные вдавливающие и выдергивающие, а также горизонтальные статические и динамические нагрузки. Применение свай по грунтовым условиям не ограничивается, если секции свай вдавливаются с заданным усилием и обеспечивается требуемая несущая способность сваи.

1.9. Усиление фундаментов существующих зданий и сооружений многосекционными сваями отличается высокой надежностью и отсутствием динамических воздействий, что создает благоприятные условия для производства работ и обеспечивает полную сохранность близко расположенных зданий.

1.10. Несущая способность свай определяется статическим испытанием по ГОСТ 5686-78 с учетом требований раздела 4 настоящей Инструкции.

1.11. Высокая надежность усиления фундаментов многосекционными сваями предопределяется возможностью контроля и обеспечения предельного усилия вдавливания каждой сваи.

1.12. Подрядная организация выполняет работы по усилению фундаментов в соответствии с проектом производства работ, разработанным ею на основе технической документации проектного института.

2. ОБСЛЕДОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ

2.1. Обследование оснований и фундаментов является составной частью общей диагностики реконструируемых зданий на период обследования и проводится проектной организацией с участием представителей заказчика и изыскательской организации с целью установления постоянных и временных нагрузок на основания, расчетной схемы фундамента до и после реконструкции, технического состояния фундамента, прочностных и деформативных свойств грунтов основания, а также расположения подземных сооружений и коммуникаций в пределах пятна здания и на прилегающей территории.

2.2. Фактические и ожидаемые после реконструкции постоянные в временные нагрузки на фундаменты, их расчетные схемы устанавливаются проектной организацией после составления паспортной характеристики здания, отражающей типы конструктивных элементов до и после реконструкции, изменения нагрузок, их величины и направления.

2.3. Обследование оснований и фундаментов проводится в еле дующей последовательности:

ознакомление с материалами инженерно-геологических изысканий, выполненных на период строительства здания, а также для проектирования и строительства соседних и смежных зданий;

выявление режима эксплуатации здания с целью установления фактов, отрицательно действующих на основание (утечки, из водо-несущих коммуникаций, затопление подвалов, проливы щелочей, кислот, масел, нефтепродуктов, нарушение отмосток и замачивание пазух фундаментов поверхностными водами и т.п.);

визуальный осмотр здания, его фундамента, отмосток и установление причин деформаций наземных конструкций, появившихся в процессе эксплуатации здания;

осмотр подвалов зданий и косвенная оценка состояния горизонтальной и вертикальной гидроизоляции, выявление поврежденных участков стен подвала с внутренней и с наружной сторон;

дополнительные инженерно-геологические изыскания в соответствии с требованиями СНиП II-9-78 с учетом задания проектной организации и требований настоящей Инструкции; составление акта обследования.

2.4. При отсутствии материалов инженерно-реологических изысканий, рабочих чертежей фундаментов и исполнительных документов по устройству оснований и фундаментов проектная организация воспроизводит конструктивную схему оснований и фундаментов путем закладки и осмотра шурфов снаружи и внутри здания в наиболее характерных местах. Эти же шурфы используются для оценки фактического состояния фундаментов, отбора проб грунтов нарушенной и ненарушенной структуры в соответствии с заданием на проведение дополнительных инженерно-геологических изысканий, выполняемых специализированной организацией.

2.5. Визуальным осмотром фундамента устанавливается внешнее его состояние и выявляются поврежденные участки, т.е. сколы, отслоения, трещины, выветрившиеся места, разрушенные участки как результат действия агрессивной среды и попеременного замораживания и оттаивания. Кроме того, намечаемся мест для проведения технической диагностики.

2.6. Техническая диагностика предназначена для оценки физического износа фундамента, необходимости ремонта и возможности передачи на него дополнительных нагрузок в период работ по усилению, а также дополнительных постоянных и временных нагрузок после реконструкции здания. Диагностика предусматривает определение прочности бетона с помощью молотков Физдедя или Кашкарова, пистолета ЦНИИСКа. Общее техническое состояние фундамента определяется по табл. 1.

2.7. Объем дополнительных инженерно-геологических изысканий устанавливается в каждом конкретном случае проектной организацией совместно с изыскательской с учетом степени изученности площадки и материалов изысканий прошлых лет.

2.8. Отчет по дополнительным инженерно-геологическим изысканиям площадки, на которой расположено реконструируемое здание, должен содержать сведения, необходимые для разработки проектно-сметной документации на стадии рабочих чертежей. Кроме того, материалы изысканий должны отражать изменения в строительных свойствах грунтов в сопоставлении с материалами прошлых изысканий и прогноз влияния антропогенного фактора на свойства грунтов в период эксплуатации после реконструкции.

2.9. Обследование оснований и фундаментов завершается составлением акта, в котором излагаются краткая справка о состоянии здания и результаты работы, выполненной по пп. 2.3; 2.5.