2. Предельно допустимые дополнительные совместные деформации зданий и их оснований (ч. 1). Осадки фундаментов зданий

2. Предельно допустимые дополнительные совместные деформации зданий и их оснований (ч. 1)

Дополнительными осадками зданий (сооружений) принято называть осадки, которые возникают в результате загружения (застройки) смежных с ними площадей. Эти дополнительные осадки развиваются в результате одностороннего приложения нагрузки относительно основания существующих зданий, они всегда и заведомо неравномерны, а поэтому и особенно опасны [29].

Сотников С.Н. О дополнительных совместных деформациях зданий и оснований, возникающих при строительстве в районах плотной застройки // Основания, фундаменты и механика грунтов

Очевидно, что строительство в сложившихся районах города или в промышленной зоне не должно приводить к авариям и повреждениям конструкций существующих домов, поэтому экономичные и безопасные конструктивные решения фундаментов могут быть приняты только на основе расчета оснований новых (проектируемых) и старых (существующих) зданий по деформациям.

В соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 при проектировании отдельно стоящих зданий должно быть выполнено условие

s ≤ su,

где s — осадка основания, определяемая расчетом; su — предельно допустимая осадка основания зданий, устанавливаемая по прил. 4 СНиП 2.02.01-83 или совместным расчетом системы «сооружение — основание».

При проектировании зданий, располагаемых возле существующих, необходимо удовлетворить и второе условие:

sad ≤ sad,u,

где sad — дополнительная осадка от загружения основания существующего здания проектируемым; sad,u — предельно допустимая величина совместной дополнительной деформации здания (сооружения).

Таблица 4.1

Материалы натурных наблюдений за развитием дополнительной осадки существующих зданий и возникших при этом повреждений строительных конструкций показали, что предельным дополнительным совместным деформациям существующих зданий sad,u требуется придать иное смысловое содержание, чем установленным в СНиП 2.02.01-83 su для отдельно стоящих зданий. Указанное положение обусловлено тем, что дополнительная осадка sad заведомо неравномерна, а ее вид (форма совместной деформации: перекос стен) всегда предсказуем.

В рассматриваемой ситуации целесообразно использовать три показателя: дополнительную осадку точки, наиболее приближенной к линии примыкания нового здания к существующему, sad,a;

• дополнительный перекос1 существующего здания на участке примыкания jad;
• дополнительный крен существующего здания в сторону нового iad

Дополнительный перекос определяется по формуле

1 Термину «перекос» по СНиП 2.02.01-83 соответствует определение «относительная неравномерность осадки». Термин «перекос», предложенный Б.И. Далматовым, по нашему мнению, предпочтителен как более лаконичный и лучше отвечающий природе явления.

j = (sad,a – sad,b)/l,

где sad,a — осадка точки существующего здания, находящейся возле линии его примыкания к новому; sad,b — осадка точки существующего здания, отстоящей от линии его примыкания к проектируемому на расстоянии l, которое устанавливается в зависимости от конструкции здания.

Расстояние l (рис. 4.1) назначается для кирпичных и крупноблочных домов с продольными несущими стенами равным расстоянию от линии примыкания до ближайшего проема; для зданий с поперечными стенами — шагу этих стен; для зданий каркасных — шагу колонн и т.п. Обычно это расстояние равно 2—6 м. Теория и опыт свидетельствуют о том, что на участке длиной l перекос стен зданий и вызванные этим повреждения получают наиболее опасное развитие.

Рис. 4.1. К определению максимального перекоса конструкций существующего здания

1 — здание более ранней постройки, 2 — новое здание, a и b — точки определения осадки по расчету

Дополнительный крен определяется выражением

iad = (sad,a – sad,n)/La–n,

где sad,n — осадка точки существующего здания (блока), находящейся на стороне, противоположной линии примыкания к новому зданию; La–n — характерный размер существующего здания в плане (расстояние между точками а и n).

Величина iad устанавливается для относительно коротких (L ≈ 20÷30 м), «точечных» зданий или блоков протяженных зданий, разделенных осадочными швами на ряд отсеков.

xn--h1aleim.xn--p1ai

Образование вертикальных трещин в стенах зданий из-за неравномерной осадки фундаментов

Неравномерные осадки фундаментов приводят к изменению напряженно-деформированного состояния надземных конструкций здания и, вследствие особенностей материалов стен, к повреждению этих стен. Эти повреждения выражаются в появлении трещин. Наличие трещин понижает конструктивную надежность здания, а иногда и его эксплуатационные качества. Трещины в стенах могут появляться и от других причин, не зависящих от состояния оснований и фундаментов. В любом случае необходимо установить причины повреждений.

Всякое нарушение работы оснований и фундаментов обнаруживается через деформации и повреждение надземных конструкций. Для устранения причин дефектов нужно знать местонахождение и причину неравномерных осадок. Поэтому обследование здания и его основания идет в таком порядке: от трещин в надземных конструкциях к основанию. Таким образом, поиск должен идти следующим образом:

Особенности материалов. Стены зданий устраиваются из кирпичной кладки, бетона, слабо армированного бетона (панели). Рассмотрим общие особенности прочности стеновых материалов.

Известно, что при нагружении образцов многих материалов в диаграмме напряжения – деформации наблюдаются три стадии: упругости, пластичности и разрушения. Оба указанных выше стеновых материала – хрупкие. При их испытании не имеется «площадки текучести» и упрочнения. Происходит только разрушение, причем при очень малых относительных деформациях. Это относится к работе и при сжатии, и при растяжении.

Ползучесть кладки и бетона освещена в литературе. До появления портланд-цемента здания возводились из кирпичной кладки на известковом растворе. Этот раствор твердел медленно, по мере высыхания раствора. Поэтому при осадках фундаментов и деформации стен, даже больших, трещины в стенах не возникали вследствие явлений ползучести. Цементный раствор набирает прочность быстро и поэтому трещины могут появиться быстро, задолго до затухания осадок фундаментов.

Напряженно-деформированное состояние стен даже в нормальных условиях, по данным ряда исследований, очень сложное и переменное. В стенах под действием сжимающей нагрузки появляются напряжения двух знаков: сжимающие и растягивающие, причем они изменяются по высоте стены, простенка. Под действием горизонтальных растягивающих напряжений могут появиться очень опасные вертикальные трещины. Вертикальные напряжения в стенах почти прямолинейно изменяются с изменением нагрузки. Распределение напряжений усложняется с усложнением форм кладки, а в углах, пересечениях стен, проемах, отверстиях происходит концентрация напряжений.

Кроме указанных выше факторов на напряженное состояние стен влияют и другие, например, температурные перепады в наружных стенах, усадка кладки и др.

Классификация. Можно предложить следующую классификацию трещин, их разделение на группы.

• По причинам: деформационные, конструктивные, температурные, усадочные, износа (выветривания).
• По виду разрушения: раздавливание, разрыв, срез.
• По направлению: вертикальные, горизонтальные, наклонные.
• По очертанию: прямолинейные, криволинейные, замкнутые (не доходящие до края стены).
• По глубине: поверхностные, сквозные.
• По степени опасности: опасные, не опасные.
• По времени: стабилизированные, не стабилизированные.
• По величине раскрытия: волосяные – до 0,1 мм, мелкие – до 0,3 мм, развитые – 0,3–0,5 мм, большие – до 1 мм и более.

Причины и виды трещин в стенах.

а. Неравномерная сжимаемость грунтов, включая техногенные причины при строительстве и эксплуатации зданий.

Трещины наклонные, доходящие до края стены. Они появляются в растянутых зонах. По направлению и раскрытию трещин можно представить вид осадки, деформации здания, местонахождение причины осадок, а далее искать причину.

Причинами осадок могут быть неравномерная сжимаемость грунтов, очень неравномерное нагружение фундаментов, концентрация напряжений под углами зданий, утечка грунта в трубы старой канализации, повреждение грунта в период строительства и др.

б. Надстройки, пристройки.

Изменяется напряженное состояние основания, а именно в грунте под существующим зданием возникают дополнительные напряжения сжатия и, как результат – осадки фундаментов. В примыкающих стенах существующих зданий появляются наклонные трещины, которые «падают» вниз. Раскрытие трещин вверх. Аналогичные явления возникают при частичной надстройке здания по его длине.

Стены существующего здания, примыкающие к новому, получают наклон, осадочные швы могут закрыться.

в. Разные нагрузки на фундамент в пределах длины здания.

Продольные наружные стены современных зданий иногда имеют значительные остекленные участки и наоборот – глухие участки стен. Разные нагрузки влекут за собой разные осадки фундаментов.

Внутренние продольные стены имеют мало проемов и несут большую нагрузку от междуэтажных перекрытий. Это может вызвать осадку и появление трещин в углах примыкания к поперечным стенам. Трещины наклонные, «падают» вниз от продольной стены, иногда наблюдается срез.

г. Отрывка котлована рядом с существующим зданием.

В этом случае здание оказывается стоящим на откосе или вблизи от него. Подвижки грунта захватывают зону расположения фундаментов, в стенах появляются наклонные трещины со стороны котлована, иногда примыкающая стена наклоняется, появляется угроза обрушения. Крепление стенок котлована не всегда эффективно. Крепление стенок должно быть очень жестким, например, анкерным с предварительным напряжением либо нужно применить другие технические меры.

Указанное явление может усиливаться и другими производственными факторами: откачкой воды и выносом грунта, тиксотропным размягчением грунта от динамических воздействий строительных машин и др.

д. Взаимное влияние соседних фундаментов.

В этом случае напряженные зоны в основаниях взаимно и частично накладываются, увеличивая местное сжатие грунта. При одновременном возведении зданий они наклоняются друг к другу, при разновременном – оба в сторону здания, возводимого позже. При возведении нового здания на естественном основании рядом с существующим зданием на сваях последнее может получить дополнительную местную осадку с образованием наклонных трещин.

е. Влияние поверхностных нагрузок.

При складировании строительных материалов, изделий, промышленного сырья в непосредственной близости от стен нагрузка на поверхности грунта вызывает местное сжатие грунта основания и местную осадку фундаментов с соответствующими последствиями. Поверхностной нагрузкой может быть грунт подсыпки территории после возведения здания. В этом случае в результате загружения большой площади дополнительные напряжения в грунте распространяются на большую глубину и могут вызвать значительные осадки фундаментов.

ж. Влияние динамических воздействий.

Динамические воздействия могут быть результатом движения тяжелого транспорта, забивки свай для новых зданий, в промышленных зданиях – работы молотов, компрессоров и др. Эти воздействия могут привести к повреждениям надземных конструкций, а также повлиять на состояние грунтов оснований. Песчаные грунты уплотняются, глинистые тиксотропно размягчаются, а в результате фундаменты получают осадку, стены трещины. Следует отметить, что колебания зданий иногда вызываются даже источниками, далеко расположенными от него.

з. Промерзание и оттаивание грунтов.

Промерзание пучинистых грунтов может вызвать неравномерные поднятия фундаментов нормальными и касательными силами пучения. Это особенно опасно для строящихся зданий, когда вес стен небольшой, изгибная жесткость стен мала. Стены получают многочисленные повреждения в виде трещин, а на этих стенах нужно возводить остальные этажи. При оттаивании грунта осадка фундаментов, как правило, больше поднятия и стены получают новые повреждения.

В зданиях, поставленных на капитальный ремонт и, следовательно, не отапливаемых, положение такое же, особенно при наличии подвалов. Наружные стены могут оторваться от поперечных. Появляются трещины по всей высоте стены, возникает опасность потери их устойчивости.

и. Температурные деформации.

Появление трещин, вызванных температурными деформациями наблюдается при большой длине зданий и отсутствии температурных швов. Трещины обычно приурочены к средней части здания, имеют общее вертикальное направление.

к. Усадочные деформации.

Усадочные деформации имеют место в крупнопанельных зданиях. Трещины в панелях находятся в зоне проемов, особенно в углах проемов. Направление – радиальное. Трещины не опасны.

Иногда на поверхности оштукатуренных стен появляются небольшие, беспорядочно разбросанные и ориентированные трещины. Все трещины замкнутые, не доходящие до края стены. Они являются результатом усадки слишком жирного штукатурного раствора.

л. Перегрузка конструкции.

Трещины раздавливания кладки появляются в стенах, особенно в простенках и столбах. Характерные признаки их – вертикальное направление и замкнутость. Такие трещины – признаки начавшегося разрушения конструкции. Они чрезвычайно опасны внезапным разрушением одного простенка, а затем по цепной реакции – всех остальных. В таких случаях требуются немедленные мероприятия – удаление людей, устройство ограждения, закладка проемов и др.

В стенах, пилястрах старых промышленных зданий иногда появляются трещины в местах опирания ферм, балок, подкрановых балок и др. Происходит местное разрушение конструкции.

м. Частные случаи.

Вертикальные трещины, совершенно прямолинейные, с постоянным раскрытием по всей длине – это признак примыкания стен, т.е. старой и новой, очередности кладки и т.п. Трещины не опасны.

Трещины в местах примыкания перегородок к потолку свидетельствуют об отрыве перегородки от потолка. Причинами могут быть осадка пола (по грунту), прогиб балок перекрытия, а также усадка материала перегородки.

н. Выветривание (износ) материала стен.

Температурно-влажностные колебания воздуха постепенно сказываются на состоянии кирпичных стен. Со временем появляются мелкие трещины выветривания (износа). Они неглубокие, раскрываются к поверхности стены. При достаточно массивных стенах трещины не опасны.

Обследование трещин. Методика обследования содержится в «Руководстве по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений», НИИОСП, М., 1975. Дополнительно отметим только некоторые детали.

Визуальное обследование заключается в осмотре трещин, их раскрытия, направления, расположения, возраста. Высоко расположенные трещины можно рассматривать в бинокль. Чистая поверхность разрыва свидетельствует о недавнем происхождении трещины, загрязненная – о длительном. Трудно обнаружить трещины, совпадающие со швами кирпичной кладки, а также панелей каркасных промышленных зданий.

Для определения раскрытия и глубины трещин в настоящее время существует целый ряд приборов.

Важными показателями являются время появления трещин и внешние обстоятельства, которые могли быть причинами деформации здания. Картина повреждений стен значительно усложняется при возникновении трещин от разных причин и в разное время. Поэтому для анализа необходимо иметь материалы по инженерно-геологическим условиям, истории проектирования, строительства и эксплуатации здания, по расположению подземных сетей.

Результаты обследования трещин нужно представлять наглядно. Трещины наносятся на чертежи фасадов, стен внутренних помещений, развертки стен, иногда в аксонометрии. Трещины нумеруются, указывается их раскрытие, засекается их начало на данный момент времени. Фотографии не наглядны, они дают только фрагменты без связи с окружающей обстановкой.

При длительных наблюдениях устанавливаются маяки так, как это указано в “Руководстве”.

В заключение приведем один поучительный пример обследования трещин.

В 1950–х годах были обнаружены трещины в несущих пилонах Исаакиевского собора в Ленинграде. администрация города поручила трем комиссиям из трех организаций провести обследования. Выводы комиссий звучали как приговор: пилоны перегружены, разрушаются, положение опасное; необходимо разобрать высотную часть собора, сделать новые пилоны, восстановить собор. Это означало, что собор, как музей, нужно закрыть на много лет, а также Исаакиевскую площадь для организации строительной площадки. Затем выполнить гигантскую работу по разборке и восстановлению собора.

Повторное обследование было поручено профессору Васильеву Б.Д., крупному специалисту, имевшему огромный опыт проектирования, строительства и обследования самых разнообразных сооружений. Васильев Б.Д установил, что трещины в пилонах появились не от перегрузки, а от износа (выветривания). Наибольшая глубина трещин – 8 см, у остальных меньше. При размерах сечения пилонов 6 x 7м, влияние трещин на несущую способность пилонов ничтожно. Старинная кладка выдерживает большие давления. Можно ограничиться заделкой трещин.

megaobuchalka.ru

Осадки фундаментов при просадках окружающих грунтов

Рассмотренные выше особенности взаимодействия просадочных грунтов с уплотненными массивами и сваями проявляются не только при проведении экспериментальных исследований, но и в процессе эксплуатации зданий и сооружений. В результате просадок окружающих грунтов от собственного веса и развития сил нагружающего трения в сваях и уплотненных массивах возникают дополнительные нагрузки, при которых, даже в случаях полной прорезки просадочных грунтов, сваи и уплотненные массивы получают повышенные осадки, а конструкции зданий и сооружений — недопустимые деформации.

Один из цехов на ЮТЗ в Никополе возведен в 1958 г. на основании, уплотненном на глубину 18 м пробивкой скважин по технологии расширения их удлиненным зарядом на участке, сложенном на глубину 24—28 м просадочными лессами и лессовидными суглинками, которые на глубине 30—32 м подстилаются плотными водонасыщенными песками. Фундаменты, кольцевых печей выполнены на закрепленном на глубину 12 м обжигом грунте, а прессов с нагрузкой 10 000 кН — на глубоких бетонных опорах площадью 9 м2, полностью прорезающих просадочную толщу и опирающихся на глубине 32 м на пески.

За период с 1958 по 1977 гг. за счет подъема уровня грунтовых вод на 10 м и местного замачивания просадки грунтов под полами окружающей территории составили 500—670 мм, фундаментов колонн цеха 600—700 мм, кольцевых печей 540—630 мм, а фундаментов прессов 194—216 мм. Причем осадки фундаментов прессов практически стабилизировались в 1960 г. и равнялись 79—90 мм. Дальнейшее увеличение их произошло в 1962— 63 гг. при начавшемся подъеме уровня грунтовых вод, за счет чего интенсивность осадок возросла до 20—25 мм/год, после чего уменьшилась до 4,0 мм в год.

Анализ результатов повышенных осадок фундаментов прессов показал, что основная причина их заключается в возникновении и развитии сил нагружающего трения по боковой поверхности опор при просадках грунтов от собственного веса. Рассчитанные по дополнительным просадкам опор величины сил нагружающего трения на опоры в данном  случае равнялись 0,033 — 0,04 МПа, а дополнительные нагрузки на них 12500— 15300 кН.

Здание дворца культуры ЗТЗ — каркасное с несущими продольными и поперечными стенами, нагрузкой на ленточные фундаменты 250—540 кН/м, а на столбчатые — 600 —2650 кН, возведено в 1970 г. на участке, сложенном на глубину 25 м просадочными суглинками и лессами с расчетной просадкой грунтов от собственного веса около 50 см. В основании фундаментов выполнено глубинное уплотнение просадочных грунтов пробивкой скважин станками ударно-канатного бурения БС-1М, позволяющими достичь средней объемной массы скелета уплотненного грунта не ниже 1,65 т/м3.

Проводившиеся наблюдения за осадками здания с момента ввода его в эксплуатацию показали, что они практически стабилизировались в первый год эксплуатации и за этот период наблюдений равнялись 5—20 мм. Однако в дальнейшем происходили неравномерный куполообразный подъем уровня грунтовых вод и просадки грунтов от собственного веса на прилегающей к зданию территории. Вследствие развития сил нагружающего трения по уплотненному массиву осадки фундаментов к началу 1977 г. со стороны образования просадочного блюдца увеличились до 120—180 мм при максимальной просадке окружающего грунта около 500 мм. Наряду с общим креном здания в сторону наибольшего повышения уровня грунтовых вод в конструкциях здания появились деформации в виде трещин в кирпичных стенах раскрытием до 5—8 мм, прогиба стен на 50—100 мм, наклона на 14—28 мм и др.

Девятиэтажные кирпичные здания общежитий в Днепрорудном имеют сложную форму в плане и состоят из трех блоков размером в плане 12X42 м, соединенных между собой лестничной клеткой и переходом.

Участок расположения зданий сложен лессовидными просадочными суглинками, которые на глубине 22—26 м подстилаются непросадочными красно-бурыми глинами, относятся ко II типу грунтовых условий по просадочности с расчетной величиной просадки грунта от собственного веса 65—80 см. Грунтовые воды до разведанной глубины не встречены.

Здания общежитий возведены в 1974—75 гг. на фундаментах из буронабивных свай диаметром 600 мм с уширением 1600 мм, полностью прорезающих просадочную толщу с глубиной заложения уширений 25, 65 м. По данным статических испытаний, проводившихся при полном водонасыщении грунта, но без проявления просадки его от собственного веса, несущая способность буронабивных свай на вдавливающую вертикальную нагрузку составляла 2100—2700 кН, а на выдергивающую 1800—1900 кН.

Осадки обоих зданий начались в апреле 1976 г. и наиболее интенсивно проходили до августа 1976 г., когда в зданиях появились недопустимые деформации. Замеренные осадки до января 1977 г. по отдельным блокам в двух домах изменились от 20 до 125 мм. В результате неравномерных осадок фундаментов в кирпичных стенах возникли наклонные и вертикальные трещины раскрытием до 10 мм, которые, как правило, проходили по всей высоте зданий и располагались в местах сопряжения отдельных отсеков.

Анализ результатов наблюдений показал, что вследствие утечки воды из коммуникации произошло интенсивное замачивание грунтов сверху и возникли просадки его от собственного веса. По данным нивелирования просадки поверхности грунта у зданий на 30—125 мм превышают осадки фундаментов здания. В результате просадки грунта от собственного веса произошло нависание его на буронабивные сваи, что привело к их недопустимым осадкам. После ликвидации источников замачивания осадки фундаментов на буронабивных сваях начали затухать.

Рассмотренные выше примеры свидетельствуют о необходимости учета при проектировании взаимодействия уплотненных закрепленных массивов и свай с окружающими грунтами при просадке их от собственного веса.

www.stroitelstvo-new.ru

Смотрите также

• 
  Обшивка фундамента профлистом
• 
  Теплая плита фундамент
• 
  Ленточный тип фундамента
• 
  Ленточный фундамент фл
• 
  Ленточный разрез фундамент
• 
  Пеноплекс фундамент характеристики
• 
  Пескобетон для фундамента
• 
  Фундамент свайно забивной
• 
  Свайно забивной фундамент
• 
  Ленточный бетонный фундамент
• 
  Чем облицевать фундамент