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

Ошибки в устройстве оснований и фундаментов

Причинами возникновения недостатков и ошибок в устройстве оснований и фундаментов являются неудовлетворительные инженерно-геологические изыскания; ошибки проектирования; ошибки производства работ и плохая эксплуатация зданий и сооружений.

Сооружение и грунт представляют единую систему, составляющие элементы которой находятся в тесной взаимозависимости. Органическую связь единой системы сооружение — основание, как правило, осуществляет фундамент сооружения. Таким образом, долговечность, устойчивость и прочность сооружения в первую очередь зависят от незыблемости основания и высокого качества устройства фундамента. Факты из строительной практики показывают, что нельзя добиться высокого качества работ, не зная конкретных строительных свойств грунтов на площадке, отведенной под сооружаемый объект.

Ошибки изысканий. Классическим примером влияния ошибок в использовании грунтов вследствие неправильных инженерно-геологических изысканий является авария Трансконского элеватора (Канада).

На рис. 37 дано геологическое строение основания элеватора, которое было установлено исследованиями после аварии. При проведении предварительных изысканий ограничились лишь мелким бурением прочного слоя синей глины и не изучили подстилающий слабый слой текучего суглинка, насыщенного с восточной стороны валунными отложениями. Авария произошла при заполнении элеватора зерном и выразилась в его наклоне от вертикали на 26°50' с погружением западной стороны в грунт на 8,8м. Сооружение полностью потеряло эксплуатационную пригодность.

Рис. 37. Авария одного элеватора

Рис. 37. Авария одного элеватора.

Рассмотрим несколько примеров из практики сельского строительства.

Для возведения колхозного аэродрома были проведены инженерно-геологические изыскания. Они состояли лишь в отрытии нескольких шурфов глубиной до 1,5м. Шурфами вскрыты песчаные грунты. Поэтому взлетную полосу положили на пески без устройства дренажа. В первую же зиму эксплуатации часть асфальтобетонной полосы получила серьезные деформации пучения. Весной пониженная область полосы была затоплена. Анализ причин выхода аэродрома из эксплуатационной пригодности показал, что под аварийной его частью залегают глинистые грунты, не вскрытые при изысканиях.

При строительстве трехэтажного здания административного корпуса в кирпичных стенах по лестничной клетке появились трещины. Дополнительные исследования грунтов оснований показали, что фундаменты торца здания посажены на насыпные грунты оврага, снизу по глубине засыпанного бытовыми отходами, а сверху - глинистыми насыпными грунтами. При вскрытии котлована строители не заметили разницы между материковыми и насыпными грунтами. Для обеспечения устойчивости здания фундаменты деформированной части заглублены до прочных материковых грунтов способом секционной подводки.

Основанием железобетонного навозосборника размером в плане 8X12м и глубиной 6м, по данным изысканий, служили песчаные маловлажные грунты. Запроектирован котлованный способ строительства сооружения. Однако при разработке котлована встретились слабые заторфованные грунты, ниже которых залегали сильнообводненные пески-плывуны.

Попытки выполнить фундаменты и железобетонную плиту с водопонижением легкими иглофильтровыми установками (ЛИУ) не увенчались успехом. Проектировщики в реальных грунтовых условиях радикально изменили конструкцию навозосборника, применив опускной колодец диаметром 9м, опускаемый через слабые грунты до прочных на глубину 8м.

Железобетонный отстойник производственных вод молочного комбината размером в плане 8X12м и глубиной 8м прорезал слабые грунты (плывуны) и опирался на донную морену. В процессе эксплуатации в стенах отстойника появились трещины с раскрытием до 3 мм, которые указывали на неравномерную сжимаемость основания. При дополнительных исследованиях грунтов обнаружена линза водонасыщенного рыхлого песка, залегающая в морене на небольшой глубине под углом отстойника. Следовательно, инженерно-геологические исследования грунтов для проектирования фундаментов проведены на недостаточную глубину.

www.groont.ru

1.2. Виды разрушения фундаментов в процессе эксплуатации ч.2

В одном из электролизных цехов [16] предприятия цветной металлургии через 5—6 лет после его реконструкции оказались в аварийном состоянии фундаменты, стены подвалов и подземные конструкции. Защитный слой бетона полностью разрушился, оголив прокорродированную арматуру. Железобетонные подземные колонны почти полностью потеряли несущую способность и их пришлось заменить кирпичными столбами.

Весьма опасными являются случаи, когда насыщенный солями грунт становится электролитом и в него проникают блуждающие токи электролизных цехов. Так, на одном алюминиевом заводе грунтовая вода под электролизерами, имевшими недостаточно надежную изоляцию, нагрелась до 100°С, в результате чего были разрушены все фундаменты. На другом заводе нагрев основания под ваннами достиг 60°С.

На одном из комбинатов искусственного волокна здание с камерами для кристаллизации серы, поставленными на грунт, разрушилось через 3 года. При этом ускоренному разрушению способствовали проливы раствора серной кислоты,

В электролизных цехах наибольшие разрушения отмечаются в фундаментах свайного типа, имеющих большую длину и малое поперечное сечение. Объясняется это неравномерным отеканием тока по глубине.

Разрушение ступенчатых фундаментов опор контактной сети и электролизных цехов в первую очередь происходит в зоне, которая расположена выше обреза верхней ступени, а затем распространяется вниз. При этом трещины в фундаментах могут соединять анкерные болты, расположенные в противоположных углах фундамента.

Воздействие смазочных материалов на фундамент также может явиться причиной его разрушения. Так, железобетонные фундаменты под наружные масляные трансформаторы и разъединители на подстанциях систематически обливают маслом, что вызывает их интенсивную коррозию [14]. Разрушению подвергаются фундаменты компрессоров, на которые систематически воздействуют проливы смазочных материалов.

Нарушение режима работы технологического оборудования часто приводят к перераспределению нагрузок на фундаменты и, как следствие, к их разрушению. Разрушение фундаментов от нарушения режима работы технологического оборудования (динамического, подъемно-транспортного и др.) проявляется настолько разнообразно, что установить определенные закономерности причин, вызывающих эти нарушения, не всегда удается полностью. Характерные случаи разрушений фундаментов машин с динамическими нагрузками рассмотрены в работе [7].

Причиной разрушения фундаментов могут явиться неучтенные при проектировании нагрузки. В этом отношении поучительным является разрушение железобетонного фундамента неподвижной анкерной опоры транспортной галереи [17], которое произошло в результате воздействия неучтенной горизонтальной нагрузки, вызванной температурным изменением длины транспортной галереи в зимнее время при жесткой заделке конца галереи на фундаменте.

Наиболее распространенными являются разрушения фундаментов из-за некачественного выполнения строительных работ [5, 6, 7, 9, 10, 11 и др.]. В отдельных случаях это влечет за собой аварию сооружения. В качестве примера можно привести аварию элеватора (рис. 1.2, а), состоящего из четырех рабочих корпусов (24x36 м) и главной рабочей башни высотой 62 м. Железобетонные колонны подсилосного этажа сечением 500×500 мм и шагом 3 м были установлены в стаканы, выполненные на монолитной железобетонной плите толщиной 450 мм (рис. 1.2, б). Спустя 2 года после начала эксплуатации при полной загрузке элеватора под одним из корпусов крайние колонны продавили плиту и на разную глубину (до 3 м) вдавились в грунт — маловлажный практически непросадочный лессовидный суглинок. Колонны имели отклонение от вертикали в сторону обрушения (рис.1.2, в), часть из них была разрушена. Как показало обследование, фактическая марка бетона фундаментной плиты была ниже проектной. Причина того, что бетон был низкой марки, состояла в том, что бетонная смесь готовилась на месте в кустарных условиях, без соблюдения точной дозировки составляющих компонентов. Бетонирование плиты выполнялось в зимнее время без прогрева бетона.

Абелев М.Ю. Аварии фундаментов сооружений

Бойко М.Д. Диагностика повреждений и методы восстановления эксплуатационных качеств зданий

Швец В.Б., Тарасов Б.Л., Швец Н.С. Надежность оснований и фундаментов

Чеботарев Г.П. Механика грунтов, основания и земляные сооружения

Кезди А.А. Руководство по механике грунтов. Применение механики грунтов в практике строительства

Грасник А., Холыцапфель В. Бездефектное строительство многоэтажных зданий. Ч.1. Общестроительные работы

Феклин В.И., Шаламов В.К. О причинах снижения долговечности фундаментов производственных зданий алюминиевой промышленности

Корифельд И.А., Притула В.А. Защита железобетонных конструкций от коррозии, вызываемой блуждающими токами

Ковалев Б.В. Дефекты проектирования транспортной галереи

Рис. 1.2. Схема элеватора — а, б — узел опирания колонны на фундаментную плиту, в — положение колонны после разрушения плиты

1 — корпуса элеватора; 2 — обрушившийся корпус; 3 — направление обрушения; 4 — башня; 5 — галерея; 6 — фундаментная плита; 7 — колонна; 8 — стакан для опирания колонны; 9 — место продавливания плиты; 10 — бетонная подготовка толщиной 100 мм

В практике строительства имеются случаи разрушения свайных фундаментов и их ростверков вследствие низкого качества свай и их поломки при забивке, недостаточной прочности бетона ростверков, перегрузки свай из-за допущенных смещений при забивке и др.

xn--h1aleim.xn--p1ai

1.2. Виды разрушения фундаментов в процессе эксплуатации ч.1

Основными причинами разрушения фундаментов в процессе эксплуатации являются: коррозия материала фундамента под воздействием агрессивной среды; нарушение режима эксплуатации технологического оборудования; динамические воздействия технологического и подъемно-транспортного оборудования; перегрузка фундаментов и некачественное исполнение их.

Под разрушением материала фундамента следует понимать различные коррозионные явления, трещины, сколы, изломы, оголение арматуры. При рассмотрении причин разрушения фундаментов замечено, что разрушение материала чаще всего происходит в результате попаданий на конструкцию фундамента агрессивных технологических растворов. Наибольшему влиянию агрессивных воздействий подвержены фундаменты производственных зданий химической, алюминиевой и нефтехимической промышленности. Интенсивность разрушения материала фундамента зависит от степени агрессивности технологических растворов, которая, в свою очередь, зависит от вида раствора, концентрации, температуры и частоты проливов. Проливы агрессивных жидкостей происходят при выполнении технологических процессов в результате нарушения плотности и герметизации технологических аппаратов, насосов, трубопроводов, лотков и зумпфов.

В 1973—1976 гг. были проведены натурные обследования железобетонных фундаментов производственных зданий глиноземных цехов рада алюминиевых заводов [14]. Они показали, что железобетонные фундаменты, подвергающиеся постоянному воздействию алюминатно-щелочных растворов, интенсивно корродируют. Наибольшее разрушение наблюдается в отделениях мокрого размола, выщелачивания, сгущения, фильтрации и выпаривания глинозема. На поверхности конструкций наблюдается разрушение защитного слоя бетона и образование трещин с шириной раскрытия до 3 мм.

Совместный анализ характера деформаций фундаментов производственных зданий глиноземных цехов и полученных дифрактограмм бетонов [15] показывает, что разрушение фундаментов происходит в результате химического взаимодействия гидросиликатов кальция цемента с алюминатно-щелочными растворами с образованием метасиликата натрия и гидроокиси кальция. В присутствии содового раствора образуются различные комплексные карбонатные соединения, которые, кристаллизуясь в бетоне, создают кристаллизационное давление и разрушают бетон. Аналогичным образом разрушение бетона происходит при кристаллизации в его порах, капиллярах и микротрещинах метасиликата натрия и гиббсита, содержащегося в алюминатно-щелочном растворе.

Значительные разрушения фундаментов наблюдаются в криолитовых цехах, а также в отделении регенерации фтористых солей алюминиевых заводов, занимающихся производством плавиковой кислоты, криолита и других фтористых соединений [15]. В фундаментах отмечаются разрушения защитного слоя бетона, образование в нем раковин и пустот, коррозия арматурной стали. Особенно характерно разрушение бетона в местах расположения анкерных болтов. Жидкая среда, содержащая плавиковую, кремнефтористоводородную и серную кислоты, стекая по анкерным болтам, вызывает их коррозию. Продукты коррозии, увеличиваясь в объеме в 2—2,5 раза, вызывают в бетоне значительные усилия, в результате которых образуются трещины, идущие к наружной поверхности в радиальном направлении по наиболее тонкому сечению.

Процесс получения плавиковой кислоты и фтористых солей сопровождается выделением агрессивных веществ, ряд из которых находится в газообразном состоянии. Попадание такой среды на фундаменты, а также периодические гидросмывы вызывают их интенсивную коррозию. В местах разрушения бетон свободно разбирается руками или отслаивается при постукивании по нему молотком. Прочность бетона, подверженного коррозии, составляет от 0,9 до 5 МПа. В местах интенсивной коррозии бетона происходит оголение арматуры, при этом глубина коррозии арматуры достигает 0,2-0,3 мм и более.

Опыт эксплуатации фундаментов и подземных сооружений электролизных цехов показывает, что чаще всего причиной их разрушения является электрохимическая коррозия арматуры в бетоне под действием блуждающих токов утечки. В этих цехах постоянный электрический ток, потребляемый в технологическом процессе, достигает тысяч и десятков тысяч ампер [16]. Утечка тока происходит из-за смачивания и загрязнения изоляционных устройств. Скорость разрушения конструкций определяется плотностью тока стекания и зависит от конструктивных особенностей фундаментов.

Коррозия бетона в конструкциях криолитовых заводов / Л.Г. Шпынова, В.И. Феклин, В.Е. Тузяк и др.

Корифельд И.А., Притула В.А. Защита железобетонных конструкций от коррозии, вызываемой блуждающими токами

xn--h1aleim.xn--p1ai

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.

Схема осадки дымовых труб на коксохимическом заводе

Рис.1.3. Схема осадки дымовых труб на Баглейском коксохимическом заводе

а — осадки марок №9 и 11 трубы № 2; б — план расположения нивелировочных марок на трубе; в — фундамент трубы; г — развитие отклонения верха трубы № 3 во времени; 1 — дымовая труба; 2 — здание ТЭЦ; 3 — грунтовые сваи

Таблица 1.2. Крены дымовых труб

№ труб	Абсолютный крен, мм	Относительный крен
1	611	0,006
2	521	0,005
3	1369	0,014
4	878	0,009
5	284	0,003
6	946	0,009
7	555	0,006
8	606	0,006
9	372	0,005
10	1212	0,015

Фундамент трубы №5 был выполнен на основании на всю толщу просадочных грунтов, уплотненном грунтовыми сваями диаметром 400 мм с шагом 1200 мм, устроенными в шахматном порядке. Основание под трубами № 6—8 по кольцевым сечениям вокруг фундамента было упрочнено термическим способом. Как следует из табл. 1.2, все трубы за исключением трубы №5 получили крены более предельного значения, равного 0,005 [19].

Абелев М.Ю. Аварии фундаментов сооружений

Швец В.Б., Тарасов Б.Л., Швец Н.С. Надежность оснований и фундаментов

Томас Х., Мак Вейг. Строительные аварии

Чеботарев Г.П. Механика грунтов, основания и земляные сооружения

Кезди А.А. Руководство по механике грунтов. Применение механики грунтов в практике строительства

Грасник А., Холыцапфель В. Бездефектное строительство многоэтажных зданий. Ч.1. Общестроительные работы

Основания и фувдаменты: (Краткий курс)/Н.А. Цытович, В.Г. Березанцев, Б.Н. Далматов, М.Ю. Абелев

Эксплуатация и ремонт зданий на лессовых просадочных грунтах/В.П. Ананьев, Я.Д. Гильман, М.Л. Филатова и др.

СНиП II-15-74. Основания зданий и сооружений

Глубинное уплотнение основания грунтовыми сваями на всю просадочную толщу существенно сказалось на уменьшении крена. В связи со стабилизацией подъема грунтовых вод (уровень воды находится выше отметки подошвы фундаментов) интенсивность нарастания кренов уменьшилась.

Однако для сохранения некоторых труб (№ 3, 4, 6 и 10) в надежном эксплуатационном состоянии необходимо принятие специальных мер.

Анализ аварийных объектов, возведенных на просадочных грунтах, показывает, что в большинстве случаев проектировщики ограничиваются расчетом деформаций оснований для маловлажного состояния грунтов, не учитывая возможности полного их замачивания. Этим объясняется неоправдавшееся в практике строительства на грунтах II типа по просадочности применение грунтовых подушек, сплошных фундаментных плит, свай всех видов (включая грунтовые) с неполной прорезкой ими просадочной толщи. Во многих случаях причиной деформаций зданий явилась недооценка просадочности грунтов I типа. Грунтовые подушки, устраиваемые для исключения или существенного уменьшения деформации от просадки, сами иногда являются причиной аварийного состояния зданий вследствие некачественного устройства, особенно при их значительной толщине и площади.

xn--h1aleim.xn--p1ai

Крупнейшие обрушения строительных конструкций в мировой истории

Как отмечает ряд специалистов в строительной области, в большинстве случаев уверенность в безаварийной эксплуатации зданий и сооружений базируется на двух основных заблуждениях:

большие размеры здания создают ложное впечатление его безопасности;
то, что здание простояло десятки лет ошибочно трактуется как гарантия его дальнейшей надежности.

Зачастую такие заблуждения приводят к трагической развязке. Статистика свидетельствует о неумолимо растущем количестве аварий с обрушением строительных конструкций. Причинами аварий являются ошибки, допущенные как при проектировании, так и в процессе строительства и эксплуатации сооружений. К печальным последствиям приводят также следующие факторы:

отсутствие лица, официально ответственного за техническое состояние здания;
нарушение предписаний экспертной комиссии, выполнившей техническое обследование здания;
не выполнение сроков регламентных работ по восстановлению несущей способности поврежденных конструкций;
отсутствие плана эвакуации пребывающих в здании людей;
эксплуатация здания в аварийном состоянии.

Иллюстрациями к данным утверждениям служит мировой опыт внезапных обрушений строительных конструкций зданий и сооружений. Рассмотрим несколько известных примеров.

Обрушение торгового центра Sampoong в Южной Корее в 1995 году

Обрушение супермаркета в Сеуле считается одной из самых масштабных и трагических аварий зданий в истории строительства, в результате которой погибло более 500 человек и около тысячи получили ранения. Причиной аварии стали грубейшие нарушения при строительстве, начиная с некачественно выполненного основания.

После возведения здания в 1987 году, выполнялось увеличение торговых площадей путем надстройки дополнительных этажа, а также установка мощных кондиционеров на кровле весом по 15 т. Помимо грубых технических ошибок в проекте, здание не было рассчитано на дополнительные нагрузки.

По заключению комиссии, расследовавшей инцидент, главной причиной обрушения стала работа кондиционеров. В результате динамических воздействий от вибрации в строительных конструкциях постепенно образовывались трещины. За несколько часов до обрушения размер трещин был настолько очевиден, что для срочной консультации был приглашен эксперт-строитель. Осмотрев повреждения, он рекомендовал немедленно эвакуировать всех посетителей и обслуживающий персонал центра.

Менеджментом супермаркета рекомендации инженера приняты не были, хотя к тому времени конструкции уже начинали «сыпаться», о чем свидетельствовал громкий скрежет. Примерно через час произошло обрушение, которое длилось около 20 секунд. В результате бездействия управляющих под обломками оказались больше тысячи человек.

После этой катастрофы вся строительная отрасль Кореи была реформирована. К проектированию и строительству стали допускаться иностранные компании, имеющие значительный опыт (до этого все работы выполнялись местными фирмами, а сама индустрия была в высшей степени коррумпирована). В результате последовавших проверок было установлено, что более 84% зданий в Южной Корее были построены с нарушениями и подлежали доработкам.

Обрушение жилого 6-этажного здания в Италии, 1999 год

В середине 60-х годов прошлого столетия в Италии наблюдался строительный бум. После поражения во второй мировой войне в стране возводилось множество объектов, при этом за работы брались компании, не имеющие опыта ни в проектировании, ни в строительстве. Нормативная база также была далека от совершенства. Подрядчики закупали самые дешевые материалы и нанимали низкоквалифицированных работников. В результате такого подхода в 80-90х годах по стране прокатилась волна обрушений, самым трагическим из которых стал инцидент с 6-этажным жилым домом в Фодже в ноябре 1999 года.

Авария, в результате которой дом полностью сложился, произошла рано утром. Обрушение длилось около 19 секунд. Под завалами погибли 67 человек. В результате работы экспертной комиссии было установлено, что причиной катастрофы являлись многочисленные дефекты строительства, в том числе, в подвальной части здания не был установлен ряд предусмотренных проектом колонн. Кроме этого дом был возведен в обводненном грунте без соответствующих защитных мероприятий.

Как выяснилось позднее, жители не раз обращались в муниципальные органы с жалобами на аварийное состояние строительных конструкций здания. Комиссия, назначенная по приказу мэра, города никаких отклонений не зафиксировала. В результате расследования после катастрофы многие чиновники, понесли наказание по обвинению в халатности.

После происшествия в строительной отрасли Италии были проведены значительные преобразования. По результатам технических обследований по всей стране были снесены более трех миллионов строений, а нормативно-правовая база – подвергнута значительной корректировке. В память о трагедии на месте рухнувшего дома воздвигнут мемориал.

Обрушение 8-этажного торгового центра в Бангладеш, 2013 год

На сегодняшний день эта авария является самой значительной во всей мировой истории. В результате обрушения погибло 1129 человек и более 2500 получили ранения. Трагедия произошла в 8:57 утра 24 апреля 2013 года. За считанные секунды огромный 8-этажный торгово-промышленный центр Рана Плаза рухнул, оставив неповрежденным только первый этаж.

В соответствии с проектом, здание должно было иметь только 5 этажей и предназначаться исключительно для ведения коммерческой деятельности. Как показало расследование, строительство осуществлялось с грубыми нарушениями. В основании фундаментов находилось подземное озеро, никаких мер по защите строительных конструкций выполнено не было. В процессе эксплуатации здания были незаконно достроены еще 3 этажа, которые стали использоваться в качестве промышленных цехов швейных фабрик. На кровле были установлены мощные и тяжелые дизель-генераторы для обеспечения бесперебойной работы оборудования. Помимо увеличения веса, строительные конструкции здания подвергались воздействию незапланированных динамических нагрузок.

В итоге преступной деятельности владельцев Рана Плаза при попустительстве местных властей в конструкциях стали образовываться трещины. Серьезные дефекты были обнаружены накануне трагедии, 23 апреля. На следующий день вся торговая часть здания не работала, однако менеджмент промышленных предприятий приказал своим работникам выйти. В самом начале рабочего дня, когда в здании находилось 4000 человек, оно рухнуло.

Бангладеш – страна с очень высоким уровнем коррупции. Сразу после обрушения основной заботой властей стало не проведение спасательной операции, а исключение возможности осуществления независимого расследования причин аварии. Поэтому предлагаемая ООН помощь? специалисты и спецтехника для разбора завалов, была отвергнута. В результате спасательные работы выполнялись крайне непрофессионально и без должной координации. Основной движущей силой были добровольцы, которые работали без снаряжения, в шортах и шлепанцах. Последнего живого человека из-под завалов извлекли 10 мая, спустя 17 дней после того, как здание рухнуло.

Обрушения зданий в России

В России проблем с обрушением зданий и сооружений не меньше, чем в других странах. Вот несколько примеров, получивших в свое время широкую огласку.

Обрушение балкона со зрителями в спортивном комплексе в г. Нальчик 25 июня 1998 года. Причиной обрушения стало самовольная пристройка балкона без проекта. В результате аварии 23 человека погибли, 47 получили ранения.
Авария в аквапарке «Трансвааль», г. Москва, 2004 год. В результате обрушения кровли погибли 28 человек и более 100 получили ранения. По результатам расследования была установлена вина проектировщика кровли, а также эксперта, выдавшего положительное заключение.
Обрушение перекрытий в бассейне г. Чусовой (Пермский Край) 4 декабря 2005 г. В результате аварии погибли 14 человек, в том числе дети. Экспертная комиссия установила, что причиной трагедии стал износ несущих балок. Виновной в случившемся признана организация Уралпромэксперт, выдавшая заключение об удовлетворительном техническом состоянии строительных конструкций.
Авария на Басманском рынке в Москве 23 февраля 2006 года. В результате обрушения кровли погибли 66 человек, более 30 были госпитализированы. Трагедия произошла в результате неправильной эксплуатации здания крытого рынка.
Обрушение двух пролетов казармы учебного центра ВДВ в г. Омске 12 июля 2015 года. Причиной трагедии, унесшей жизни 23 курсантов, названа некачественно выполненная кладка стен при возведении здания в 1975 году, а также ненадлежащим образом осуществленный в 2013 году ремонт постройки. На момент аварии в казарме находились 337 человек.

maistro.ru

Ремонт аварийных фундаментов 1

Это происходит постепенно. Сначала заклинивает двери и плохо закрываются окна, дальше «встают на дыбы» полы, а затем появляются трещины на фасаде здания. Причина очевидна: повело фундамент либо просело основание под ним.

Схема образования неравномерных деформаций пучения:

1 – поверхность талого грунта; 2 – поверхность вспученного грунта; 3 – граница промерзания; 4 – снег; df – глубина промерзания; hf – величина пучения поверхности грунта

Чаще всего это бывает в тех случаях, когда будущий владелец дома экономит на гидрогеологических изысканиях, что приводит к серьёзным ошибкам в проектировании и, как следствие, к нарушению технологии возведения. В группу риска попадают и землепользователи, приобретающие «недострой». Проектная документация в таких случаях не всегда предоствляется по той простой причине, что её может просто не быть. Поэтому имеющийся на таком участке фундамент иначе как «котом в мешке» назвать сложно.

Причины разрушения

Даже если фундамент не имеет видимых внешних повреждений (трещин, разломов), он всё равно может требовать серьёзного ремонта, вплоть до изменения конструкции. Работы по спасению фундамента, находящегося в аварийном состоянии, ведутся в двух направлениях: закрепление грунтов основания и, собственно, усиление фундамента. На практике оба процесса часто протекают параллельно.Очень важно понять причину разрушения. По статистике, до 80% аварийных деформаций связаны с недооценкой прочностных свойств грунтов основания. Причиной повреждения могут стать также ошибки при гидрогеологических исследованиях. В результате неправильного определения уровня грунтовых вод и глубины промерзания в проекте фигурирует ошибочная глубина заложения фундамента.

Схема разрушения фундаментной плиты под действием сил пучения:

1 – фундаментная плита; 2 – стены цокольного этажа из фундаментных блоков ФБС; 3 – плита цокольного перекрытия; 4 – трещина; 5 – стрела прогиба; df – глубина промерзания грунта; dф – глубина заложения фундаментной плиты; Pд – нагрузка от дома на плиту; ?f – давление пучения на плиту.

Дом на откосе

При строительстве зданий на крутопадающем рельефе не забывайте учитывать боковое давление грунта и возможность его сдвига. Величина давления зависит от крутизны откоса и гидрогеологического состава грунта, поэтому трудно поддаётся расчёту. Учитывать надо и то, что с течением времени любой откос может сползти. Обычно в таких условиях самыми надёжными оказываются ленточные фундаменты с обязательным армированием в продольном и поперечном направлениях. На сухом грунте ленту из монолитного бетона может повести, поэтому лучше использовать железобетон. Возможен вариант строительства столбчатого фундамента глубокого заложения с непременным объединением столбов железобетонным поясом (ростверком), чтобы при погашении бокового сдвига конструктивные элементы работали совместно. Устойчивость в этих случаях значительно повышается.

Экономия должна быть разумной

Стремление сэкономить может привести к ошибкам в проектировании. Например, на участке планируется возвести элитный коттедж с тяжёлыми конструкциями, опирающимися на фундамент. Заторфованность почвы составляет 810 м; основанием являются пылеватые пески и плывуны. Выборка торфа и замена его насыпным грунтом – удовольствие действительно дорогое. Оптимальное решением в данном случае будет строительство фундамента на свайном ростверке.

Сваи обязательно должны доходить до так называемых моренных грунтов, образовавшихся в ледниковый период и содержащих большое количество камней, гальки и другого обломочного материала. Находятся они на глубине от 5 до 25 м (в вышеприведённом примере глубина составляет 15 м). Плюс ко всему, технология требует заглубления свай в морену не менее чем на 0,5 м. Конечно, фундамент на свайных ростверках обойдётся в три раза дороже, чем плитный мелкого заложения. Но это как раз то, на чём не следует экономить: неправильный выбор конструкции фундамента является грубейшей ошибкой проектирования. Естественно, расчёт нагрузки и площади опоры на грунт также должен быть верным.

Земля и вода

Любая ошибка при производстве земляных работ может сказаться на последующей эксплуатации фундамента. Если было вынуто слишком большое количество материкового грунта, а вновь подсыпанный не уплотнили должным образом, либо произошло вымывание основания при откачке воды из траншей или ям и котлованов, это грозит дальнейшим разуплотнением грунта и может привести к сильной осадке здания.

Основные требования к грунту помимо достаточной плотности – это водонепроницаемость и низкая теплопроводность. Для утепления фундамента лучше всего использовать керамзит и экструдированный пенополистирол. Если на момент возведения строительная площадка сухая, всё равно будьте настороже. Подтопление может произойти изза сезонного колебания уровня грунтовых вод или в результате повышенного выпадения осадков. Поэтому во время подготовки к строительству необходимо осушить территорию застройки и сделать хороший дренаж.

Закрепление грунта

СтройГарантПрестиж Хорошо сконструированный и добротно армированный фундамент сам может и не получить повреждений, но в случае его неравномерной осадки велика вероятность деформации вышележащих конструкций. Тогда принимается решение о закреплении грунтов основания с целью увеличения их плотности и несущей способности. В результате значительно увеличивается прочность и обеспечивается необходимая водонепроницаемость. Выбор метода закрепления грунтов зависит от гидрогеологических условий. Рассмотрим основные способы.

1. Цементация. Применяется для закрепления скальных трещиноватых и гравелистых пород в сухом или водонасыщенном состоянии. При этом в грунт через инъекторы под давлением нагнетают цементный раствор. Стоимость – от 40 руб./м3.

2. Силикатизация. Служит для закрепления сухих и водонасыщенных крупных, средних, а также мелких и пылеватых песков. В зависимости от характеристик грунта, применяется одно и двухрастворная силикатизация. В качестве нагнетаемых растворов выступают жидкое стекло, хлористый кальций, серная или фосфорная кислота. Электросиликатизация является разновидностью работ, проводимых для закрепления водонасыщенных мелкозернистых песков и супесей. Стоимость – 1035 руб./м3.

3. Смолизация. Служит для закрепления песчаных грунтов. Нагнетается водный раствор синтетической карбомидной смолы, смешанной с отвердителем. Стоимость – 4050 руб./м3.

4. Электрохимическое закрепление. Актуально для водонасыщенных связных (глинистых, пылеватых, илистых) грунтов. Производится при помощи генератора постоянного тока и растворов солей. Стоимость – 35 руб./м3.

5. Термическая обработка. Обжиг грунта производится посредством сжигания топлива в скважинах или нагнетания горячих газов. Грунт теряет способность разбухать, размокать и лишается пластичности. Обжиг продолжается в течение 57 суток при температуре 6006500C. Метод применим только к глинистым, лессовым грунтам и чернозёму. Стоимость – 10 руб./м3.

Строительство и эксплуатация

При длительном хранении цемента прочность его снижается: за полгода – на 25%, за год – на 35-40%, за два года – на 50%, поэтому приобретать его заранее не следует.

Нарушение технологии возведения также может стать причиной деформации фундамента. Легко запомнить непреложную аксиому: бетон набирает 70% прочности в течение 7 дней. Полная готовность наступает через 28 дней; тогда же допускается снятие опалубки. Раньше времени нагружать фундамент не следует, но и ждать дольше положенного срока не стоит. Например, фундаменты, возведённые в пучинистых грунтах и оставленные на зиму без нагрузки (без стен, перекрытий и крыши), могут деформироваться. Поэтому надо стремиться завершить строительство и сдачу в эксплуатацию дома, базирующегося на таком фундаменте, за один сезон.

Зачастую причиной, ведущей к разрушению фундамента, является так называемый человеческий фактор. Непредвиденные деформации могут произойти, например, в том случае, если построенный дом в зимнее время не эксплуатируется и не отапливается, а глубина заложения его фундамента была рассчитана на тепловой режим отапливаемого здания. Или же в ходе эксплуатации меняется назначение здания, появляются дополнительные надстройки и производится реконструкция, а площадь опоры и прочность фундамента остаются прежними.

Обследование и диагностика

Как только вы обнаружили искривление горизонтальных и вертикальных швов кладки или заметили трещины в монолите фундамента, нужно сразу же принимать меры. Для начала необходимо провести обследование. Это могут сделать только специалисты. Диагностика начинается с визуального осмотра конструкции и пробной выемки грунта по направлению трещин и разломов с целью оценки масштаба разрушений. Осуществлять подкоп под основание фундамента до выяснения причин повреждения не рекомендуется.

Целесообразным является изучение близлежащей территории и опрос пользователей земельного участка. Опытный специалист подобен экспертукриминалисту: мелочей для него не бывает. Приведём пример. На сухом участке лопнул столб фундамента. Опрос хозяев помог выявить причину происходящего: на территории оказался заброшенный и засыпанный колодец, который давно пересох. Однако в год, обильный на осадки, вода, по всей видимости, вернулась в этот некогда вскрытый водоносный пласт. Грунты перенасытились влагой, и зимой в дело вступили силы морозного пучения. Подъём дома из бруса в данном случае обошёлся в 20 000 рублей, замена столба – порядка 4000 рублей. Столб заглубили, усилили арматурным каркасом и утеплили керамзитом.

В более сложных ситуациях, когда дело касается коттеджей, имеющих тяжёлые стены, приходится задействовать весь арсенал современных технических средств контроля. Для выявления просадки фундамента применяется метод привязки контрольной точки на фундаменте к реперу. При этом используются высокоточный нивелир и рейка. Обнаружить трещины и дефекты помогает другой неразрушающий метод контроля – акустический. Контроль напряжения в бетоне и уровня статической деформации обеспечивается акустической тензометрией, что позволяет также оценить ресурс конструкции. Контроль прочности и упругости производится посредством радиационных методов. Когда сбор необходимой информации закончен, переходят к выбору способа усиления фундамента.

Из нескольких вариантов выделяют наиболее технологичный. Основные показатели, по которым оценивается каждый метод, – это оперативность и возможность свести к минимуму объём земляных работ и ручного труда. В результате подыскивается оптимальный способ, требующий минимальных затрат.

Время собирать камни

Повреждения часто носят локальный характер, без потери несущей способности конструкции (при условии своевременного обнаружения дефектов). Тогда ситуацию можно спасти с наименьшими потерями. Увеличить прочность фундамента поможет добавление новых участков кладки из аналогичных материалов. Главное – заставить работать старый и новый участки вместе. Это достигается путём сквозного забивания металлических штырей.

С монолитным бетоном проблемы возникают при недооценке степени воздействия грунтовых вод и в случае использования в конструкции фундамента не стойких к агрессивной среде материалов. Решение видится в создании в толще фундамента водонепроницаемого слоя путём нагнетания химических веществ или подачи раствора под воздействием постоянного тока. Дальнейшие действия должны быть направлены на создание вертикальной гидроизоляции, или защитной «рубашки», представляющей собой замки из глины.

При угрозе потери несущей способности предстоит гораздо более серьёзный ремонт. Традиционным способом усиления является расширение подошвы фундамента при помощи сборных плит или железобетонных обойм. Предварительно необходимо разгрузить фундамент, находящийся в аварийном состоянии, и укрепить стены металлическими балками, благодаря чему можно будет передать нагрузку на новые точки опоры. В качестве анкерных устройств берутся металлические тросы и арматура. Использование труб в конструкции анкера позволяет применять буроинъекционные сваи: в пробурённую скважину инъецируют раствор для восстановления повреждённых участков кладки. Армокаркас является своеобразной «рубашкой»защитой и бетонируется вместе с подушкой фундамента.

Этим же методом можно воспользоваться для воссоздания фундамента, разорванного по высоте. Если предполагается заглубление, то необходимо предусмотреть временное крепление фундамента в момент подкопа.

Хочется отметить, что при значительном увеличении запланированной нагрузки потребуется возведение нового фундамента, что по затратам превысит стоимость строительства «с нуля». При угрожающем положении здание вообще придётся разобрать.

Только специалист может определить, не поздно ли усилить стены постройки горизонтальными тяжами, каркасом или обоймой. Вообще, пока здание не обрушилось, нет такого фундамента, который нельзя было бы спасти. Знаменитая Пизанская башня и аналогичная «падающая» башня в Казани – тому подтверждение. Вопрос только в том, сколько это будет стоить.

Текст: Владислав Чигазов

«Загородное строительство», № 3 (31), 2008 г.

1.5. Общая классификация отказов фундаментов

Система основание — фундамент должна сохранять надежность в процессе всего периода эксплуатации здания или сооружения и способность воспринимать все внешние воздействия, предусмотренные при проектировании.

Под безотказностью работы системы основание — фундамент следует понимать способность ее сохранять работоспособность в определенных условиях эксплуатации в течение времени функционирования. Безотказность включает в себя требования прочности, надежности, устойчивости и долговечности как всей системы, так и ее элементов.

Полная или частичная утрата надежности системы называется отказом. В отдельных случаях понятие отказа является четко определенным (например, обрушение всего сооружения), однако в общем случае понятие отказа является весьма относительным, так как в значительной степени зависит от конкретных условий функционирования системы. Отказом системы основание — фундамент является как полный выход системы и всего сооружения из строя, так и недопустимые отклонения параметров системы от расчетных или от требуемых новых условий ее работы. Наряду со случайным колебанием параметров системы может наблюдаться и монотонное необратимое их изменение (износ), обусловленное старением, коррозией и т.п. Такие отказы называются постепенными.

Внезапные (катастрофические) отказы фундаментов и их оснований обычно приводят сооружение к предельному состоянию. Причинами возникновения внезапных отказов оснований являются: дефектность инженерно-геологических изысканий; несоответствие принятых расчетных схем и несовершенство методов расчета несущей способности и деформаций; грубые нарушения режима эксплуатации оснований, аварии и стихийные бедствия.

Постепенный (некатастрофический) отказ основания обычно обусловлен дефектами и погрешностями испытаний грунтов, недостаточной информацией об инженерно-геологических, природно-климатических и эксплуатационных условиях и т.д. Проявление постепенно отказа связано с накоплением пластических деформаций и приспособлением системы основание — фундамент и ее отдельных элементов к изменившимся условиям функционирования. Постепенный отказ характеризует достижение системой или ее элементами предельного состояния по деформации.

Кроме названных, целесообразно рассматривать и другие отказы, например, такие, как зависимые и независимые, полные и частичные, непрогнозируемые и прогнозируемые и т.д. Полная классификация отказов оснований и фундаментов приведена в работе [7]. Признаки отказов оснований и фундаментов многообразны, их можно условно разделить на явные и неявные (рис.1.8).

Швец В.Б., Тарасов Б.Л., Швец Н.С. Надежность оснований и фундаментов

Рис. 1.8. Классификация признаков отказов оснований и фундаментов

Явные признаки указывают на то, что отказ уже наступил и система или ее элемент потеряли работоспособность. К явным отказам относятся: полное и частичное обрушение; потеря устойчивости; обвалы, провалы полов и других элементов конструкций.

Неявные (скрытые) признаки отказов выявляются путем обследований и измерений. Неявные признаки в большинстве своем предшествуют явным и указывают на развитие явлений, связанных с нарушением надежности системы основание — фундамент. Они являются сигналом для принятия необходимых мер по сохранению заданного уровня надежности системы основание — фундамент и предотвращению потери ее работоспособности. К неявным признакам отказов относятся: осадки, просадки, набухание и усадки грунтов оснований; подъемы, крены, изгибы и выгибы зданий и сооружений или их отдельных конструкций; трещины в грунте, фундаментах и стенах; уменьшение сечений элементов вследствие коррозии, отколов и др.

Одной из основных характеристик надежности оснований и фундаментов является ее ремонтопригодность, т.е. способность системы к предупреждению, обнаружению и устранению различных отказов и отклонений путем проведения ремонтов. Степень ремонтопригодности фундамента зависит в первую очередь от его конструктивных особенностей. Как правило, ремонт фундамента возможен только при постепенном отказе, внезапные же отказы обычно приводят сооружение в предельное состояние по прочности и устойчивости.

Свойство системы сохранять работоспособность и надежность при установленной системе ремонтов вплоть до состояния, при котором дальнейшая эксплуатация становится невозможной или опасной, а ремонт и восстановление экономически нецелесообразным, называется долговечностью.

Долговечность материала фундамента в основном зависит от интенсивности протекания процессов разрушения бетона под влиянием агрессивных сред при контакте с грунтом или технологическими растворами. Мерой долговечности является период времени до наступления предельного состояния сооружения (физический отказ) либо время полезного функционирования последнего (моральный отказ).

При физическом отказе, зависящем от степени естественного износа, возникает необходимость усиления системы основание — фундамент или ее дополнительной защиты от агрессивных или динамических воздействий.

При наступлении морального отказа система основание — фундамент не пригодна для дальнейшей эксплуатации вследствие невозможности, ее использования в первоначальном виде в условиях технического перевооружения и переоснащения производства. В этом случае требуется переустройство или реконструкция системы для получения новых ее качеств. Для обеспечения большей эффективности следует как можно полнее использовать элементы старой системы.

xn--h1aleim.xn--p1ai