Признаки аварийного состояния фундаментов
Аварийное состояние фундаментов наступает из-за неудовлетворительной работы грунтового основания или из-за недостаточной прочности тела фундамента.
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 об-следования у автора встретился 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 обрушиться, 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.
Техническое заключение содержит — характеристику признаков аварийного состояния несущих конструкций зданий и сооружений
Крупные аварии зданий и сооружений, возникающие из-за неудовлетворительного состояния несущих конструкций, несут за собой, кроме человеческой трагедии, еще и колоссальный ущерб.
Причины возникающих аварий при этом могут быть разными, но зачастую они комплексные: это ошибки при создании проекта, изготовление несущих конструкций из некачественных материалов, их монтаж с нарушением строительных правил и норм, в конце концов — неправильная эксплуатация объекта.
Таким образом, не бывает внезапных аварий строительных конструкций. Всегда в корне приближающейся аварии заложено несколько предвестников, которые можно вовремя заметить и внедрить мероприятия по профилактике: временно укрепить конструкции, разгрузить аварийные участки или же просто эвакуировать людей из потенциально опасной зоны. Умение различать аварийные признаки, несущие угрозу целостности конструкций зданий и сооружений и своевременная проверка состояния конструкций объекта позволяют избежать трагедии.
✅1. Общие сведения об оценке аварийности строительных конструкций (техническое задание)
У таких понятий, как «авария» и сходных с ним терминов «аварийное» или «предаварийное состояние» нет общепринятого научного объяснения. Поэтому в данном случае термин «авария строительных конструкций» обозначает наличие на конструкциях зданий и сооружений деформаций, из-за которых дальнейшая эксплуатация объекта невозможна, а также обрушение строительных конструкций или же всего здания в целом.
Аварийное состояние в данном контексте — определенная характеристика строительной конструкции объекта, максимально предвещающая возможность возникновения аварии в ближайшее время.
Предаварийное состояние конструкций определяют в случае наличия характеристик, указывающих на возможное возникновение аварии при дальнейшем неблагоприятном воздействии на конструкцию. Это может быть влияние агрессивной среды, перепады температур, неравномерные осадки фундамента и пр.
Бывают случаи, когда определить аварийное состояние конструкций крайне трудно. Так бывает при наличии скрытых дефектов, которые не приводят к сильным деформациям и внешним разрушениям, но, тем не менее, могут стать причиной аварии.
Но такие случаи довольно редки, и зачастую аварию здания или сооружения можно предусмотреть по развитию больших деформаций, появлению и раскрытию трещин и других подобных видимых факторов аварийного состояния.
Поэтому вполне естественно, что в первую очередь обследование предаварийного и аварийного состояния конструкций ведется визуальным, а также визуально — инструментальным методами. Следующим этап определения степени аварийности конструкций — проведение поверочных расчетов. В этом случае уровень аварийности определяют степенью превышения расчетной нагрузки на конструкцию по отношению к ее расчетной несущей способности с учетом обнаруженных дефектов.
Действующие нормы проектирования определяют такую закономерность: при достижении какого-либо сечения конструкции первой группы предельных состояний, оно наступает по всей конструкции. С точки зрения оценки аварийного состояния статически определяемых систем, это вполне правильно. Но вот в статически неопределяемых системах предельное состояние, достигнутое в любом одном сечении, не ведет к обрушению всей конструкции. Поэтому такой фактор учитывается при рассмотрении проблемы определения аварийного состояния объекта. Достоверно установить аварийное состояние конструкций возможно только в результате детального анализа данных об обследовании объекта, а также поверочных расчетов.
При проведении обследований можно выявить три наиболее часто встречающихся ситуации. Первая — когда визуальное обследование определяет признаки аварийного состояния конструкций, и результаты визуальной проверки подтверждаются поверочными расчетами. Вторая ситуация — когда при визуальном обследовании признаки аварийности выявлены, но поверочные расчеты их не подтверждают. И третий случай, соответственно — когда при обследовании не обнаруживаются признаки аварийного состояния, но в результатах поверочных расчетов определяется аварийность конструкций.
При анализе таких ситуаций вполне понятно, что в первом случае аварийное состояние конструкций является явным и подтверждается.
Вторая ситуация требует дополнительного пересмотра и проверки поверочных расчетов — учитывалось ли при проведении расчетов влияние обнаруженных дефектов, правильная ли выбрана расчетная схема и т.п. Если ошибок в расчетах не обнаружено, то оснований для признания состояния объекта аварийным недостаточно. В таком случае можно говорить о предаварийном состоянии конструкций, но только после анализа выявленных дефектов и видов конструкций.
В третьем случае потребуется дополнительный визуальный осмотр конструкции. И даже если после него признаков аварийности обнаружено не будет, оснований для определения аварийного состояния объекта не будет.
На практике нередко встречаются случаи значительного превышения разрешающей нагрузки по отношению к несущей способности конструкций, посчитанной по действующим нормам.
В любом случае, степень точности определения аварийного состояния конструкций напрямую очень сильно зависит от уровня квалификации специалиста, дающего заключение.
Большинство инструкций и пособий по обследованию строительных конструкций рекомендует считать их состояние аварийным или же полным разрушением, если несущая способность конструкции снижена больше, чем наполовину. Однако в таком случае нелишним будет отметить, что на аварийное состояние влияет не только несущая способность (то есть, степень снижения заложенной в проекте несущей способности), но и усилия, вызванные воздействующими внешними факторами. То есть обрушение конструкции вполне возможно и при меньшей степени снижения несущей способности. Считается, что конструкция рушится в случае полного исчерпания физической несущей способности.
✅2. Определение степени аварийности грунтового основания
Неудовлетворительная рабочая способность грунтового основания, которая приводит к возникновению аварийного состояния опирающегося на него основания здания или сооружения, называется аварийным состоянием грунтового основания.
Вполне естественно, что степень аварийности основания определяют в зависимости от состояния опирающихся на него конструкций.
В действующих нормах по проектированию оснований зданий и сооружений ограничивается относительная разность осадок, средняя и максимальная осадка фундаментов. Если деформации в конструкциях, опирающихся на основание, превышают предельные значения, появление трещин будет вполне спрогнозированным этапом. Но это далеко не всегда означат, что наступило аварийное состояние здания или сооружения. Более уместно в таких случаях говорить о нарушении стандартных условий эксплуатации объекта.
Аварийное состояние естественного основания, за исключением землетрясений, оползней и прочих стихийных бедствий, наступает в ряде случаев. Например, если в процессе проектирования здания или сооружения была дана неправильная оценка прочностным и деформативным свойствам грунтового слоя основания. Или же если были нарушения технологии при проведении котлованных работ. Аварийное состояние может спровоцировать также допущенное замораживание пучинистых грунтов, или же нарушение правил эксплуатации объекта.
В данном случае можно привести пример возникновения аварийного состояния части надземных конструкций из-за нарушения естественной структуры грунтового основания. Такой случай произошел при строительстве крупнопанельного пятиэтажного дома, расположенного в Ленинградской области. Во время отрывки котлована работники повредили магистральную водопроводную трубу, вследствие чего часть котлована, открытая в суглинке, долгое время было под воздействием воды. Таким образом, было допущено сильное переувлажнение грунтов. После завершения строительства произошел процесс выпирания грунтов из-под подошвы фундамента, который привел к разрушению пола подвала. Под воздействием разжиженного грунта оказались три секции здания. Из-за негативного воздействия грунта они оторвались от соседних секций и просели. Трещины в верхней части здания составили около 4 сантиметров. В связи с неоднородным состоянием основания проектом был предусмотрен армированный пояс. Но из-за возникших деформаций он разорвался. Несмотря на возникшие нарушение, сохранилась возможность стабилизации деформации основания и препятствования обрушению здания. Поэтому объект не был признан аварийным. Но вот состояние стеновых панелей, расположенных в области трещин следует рассмотреть как аварийное. В этом случае была нарушена связь соседних панелей, в результате чего и возникли трещины в простенках.
Можно привести еще один пример, когда состояние надземных конструкций было признано аварийным из-за промораживания пучинистых грунтов. Это привело к деформации наземной части при строительстве кирпичного двухэтажного жилого дома. Строительные работы проводились зимой, окна в подвале не остеклили. В подвал был засыпан керамзитовый гравий, который прикрыл основание фундаментов лишь у наружных стен. У продольных внутренних стен фундамент был заглублен лишь на полметра по отношению к полу подвала. Таким образом, произошло промерзание и пучение грунта под этими стенами. Вследствие этого дом раскололся на две половины. Трещина в верхней части торцевых стен составила 8 — 10 сантиметров. Естественно, что объект в целом нельзя было признать аварийным. В аварийном состоянии находились лишь продольные внутренние стены под перемычками — ведь в случае дальнейших деформаций вследствие пучения можно было спрогнозировать обрушение опертых на стены перемычек и перекрытий. В летнее время жесткость стен была восстановлена с помощью установки тяжей, и, кроме того, заделки трещин и укрепления подвала. После внедрения этих мероприятий следующей зимой не было обнаружено следов пучения основания. Но если бы подвал здания так и остался не утепленным, можно было вполне точно спрогнозировать обрушение участков стен.
Если ранее в зданиях существовали полупроходные подполья, сейчас при реконструкции объектов принято устраивать эксплуатируемые технические подвалы. В таком случае обычно происходит углубление подвала до такой степени, что расстояние между полом подвала и поверхностью подошвы фундамента сокращается до полуметра. Бывают также случаи, когда подошва оказывается выше пола.
При таком раскладе событий неизбежно возникновение состояния аварийности грунтового основания. Расстояние между отметками пола подвала и подошвы фундамента, составляющее менее полуметра, требует проведения обязательных расчетов несущей способности основания по первой группе предельных состояний. Говоря другими словами, следует проверить основание на возникновение возможности выпирания грунтов из-под подошвы фундамента.
✅3. Определение степени аварийного состояния фундаментов
Неудовлетворительная работа грунтового основания или недостаточная прочность тела фундаментов может привести к аварийному состоянию фундаментов.
Из-за неудовлетворительной работы грунтового покрытия возможно возникновение сквозных трещин в фундаменте, пересекающих его по всей высоте и заходящих в стены. Они обычно редко расположены и раскрыты.
Но трещины, естественно, не всегда являются причиной для определения аварийного состояния конструкций. Их негативное влияние — возможность перераспределения усилий по периметру фундаментов, а вот это уже приводит к существенной перегрузке участков фундаментов и последующим разрушениям. Такой процесс сопровождается появлением местных разрушений тела фундамента над проемами у перемычек. Места перегрузки покрываются практически не раскрытыми часто расположенными вертикальными трещинами, у тела фундамента становится заметным вертикальное расслоение. Определить его можно методом простукивания вертикальной поверхности фундамента. Если простукивать место расслоения, звук будет глухим. Участки фундамента, находящиеся в таком состоянии, необходимо признавать аварийными.
Аварийное состояние, возникающее при недостаточной прочности фундаментов, характеризуется возникновением очень часто расположенных слабо раскрытых трещин и вертикального расслоения.
Если на стенках фундаментов стаканного типа появляются трещины, отсутствует должное омоноличивание стыка колонны с фундаментом, его состояние также признается как аварийное. В этой случае заложенная в проекте заделка колонны в фундаменте не обеспечена, в связи с чем в отдельных элементах каркаса увеличиваются нагрузки.
Есть практический пример, когда заделка колонн в фундамент в полностью готовом каркасном здании на два этажа была осуществлена без применения бетона омоноличивания, а только с помощью временно расположенных деревянных клиньев. Естественно, что при такой кладке выполнять углубление пола ниже ее верха нельзя.
При реконструкции дома на два этажа с подобным фундаментом, было решено сделать эксплуатируемый подвал взамен полупроходного подполья. Проводя углубление, работники открыли кладку из округлых камней. Вследствие этого началось выпадение камней из фундамента, опирающиеся на фундамент стены сильно деформировались — вплоть до проседания перекрытий и падения перегородок. Так как меры по укреплению фундаментов и стен вовремя не внедрили, ситуация дошла обрушения участков стен. Ничего не оставалось, кроме как полностью разобрать здание. Анализируя данный случай, следует отметить, что признаком возникновения аварийного состояния фундамента стал первый же выпавший из него камень. Естественно, что процесс разрушения произошел не сразу — он длился несколько лет.
