Глава 2
РАЗРУШЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ

2.1. Основания и фундаменты

Ошибки при изысканиях, проектировании оснований и фундаментов, производства работ нулевого цикла, эксплуатации зданий и сооружений (табл. 2.1) являются причинами значительных повреждений несущих и ограждающих конструкций, узлов сопряжения элементов.

Дополненная автором классификация отказов Мулюкова Э.И. [81] приведена в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Инженерные изыскания (геодезические, геологические, гидрогеологические) должны выполняться с учетом указаний инструкций и других нормативных документов. На практике допускаются следующие ошибки:

25

• не выявляется комплекс природных факторов, влияющих на формирование и развитие геологических процессов;
• не вскрываются слои слабых грунтов вследствие недостаточной глубины или объема горных выработок;
• не определяется пространственная изменчивость свойств грунтов;
• не определяются в полном объеме характеристики структурно-неустойчивых, например, просадочных грунтов;
• не определяются фильтрационные характеристики подземных вод и их химический состав;
• не приводятся рекомендации для принятия строительных решений;
• не учитывается тип проектируемого сооружения;
• не учитывается возможность и высота затопления площадки;
• не проводятся наблюдения за участками, потенциально склонными к оползням, селям, лавинообразованию;
• не прогнозируется: повышение уровня грунтовых вод или длительное обводнение оснований в процессе эксплуатации; возрастание коррозионной активности;
• не учитывается состояние зданий, построенных ранее.

В процессе строительства встречаются следующие ошибки:

• локальные перекопы котлованов;
• затапливание их атмосферными водами;
• промораживание и оттаивание;
• разрушение естественной структуры транспортом;
• нарушение технологии водопонижения;
• попадание под фундаменты чернозема и рыхлого грунта;
• низкое качество работ при устройстве фундаментов;
• недобивка свай до проектных отметок;
• недопустимое отклонение свай от проектного положения;
• повреждение свай при забивке;
• невыполнение конструктивных и водозащитных мероприятий;
• низкое качество бетона;
• нарушение технологии бетонных работ;
• промораживание бетона, приводящее к резкому снижению прочности и появлению трещин;
• плохое качество заделки колонн в стаканную часть фундаментов;
• повреждение фундаментов механизмами;
• изменение проекта фундаментов;
• выполнение обратной засыпки при недостаточной устойчивости фундаментов.

В процессе эксплуатации аварийная ситуация может возникнуть вследствие:

• перегрузки полов, фундаментов или грунта у фундаментов конструкций;
• отрывки котлованов у фундаментов;
• проявления деформаций просадки, набухания, выщелачивания, ползучести;
• разрушения фундаментов коррозией, снижения прочностных характеристик грунтов при насыщении их маслами и растворами;
• динамических воздействий.

26

В НИИОСПе проведены исследования по систематизации характерных дефектов забивных и набивных свай, возникающих из-за нарушения технологии устройства фундаментов и воздействия грунтовых условий [111]. Основной причиной разрушения бетона в почве и в теле забивной сваи являются ошибки при выборе сваебойного оборудования. Причинами дефектов при изготовлении свай могут быть: применение бетона класса по прочности ниже проектного; установка арматурных каркасов с заниженным диаметром арматуры; концентрация местных напряжений в голове сваи, вызванная внецентренностью удара молота или неудовлетворительным состоянием амортизаторов наголовника.

Микротрещины и выколы в теле сваи могут быть продольными и поперечными. Продольные трещины возникают из-за превышения допустимых сжимающих напряжений при повторяющихся динамических нагрузках, а также при забивке свай в. плотные грунты. Наклонные микротрещины появляются в результате действия скручивающихся усилий, а поперечные - при изгибе ствола. Поперечные трещины и выколы возможны при растяжении сваи в начале забивки. Трещины допускаются только волосяные усадочного происхождения. Длина трещины поперек сваи не должна превышать половины стороны сваи. При наличии более четырех выколов и раковин глубиной более толщины защитного слоя сваи бракуются. Косой или горизонтальный излом могут возникнуть при встрече ее с препятствием, при занижении класса бетона или диаметра арматуры.

В составных сваях бетон может разрушаться в зоне стыка из-за неплотного соединения, нарушения геометрических размеров закладных деталей стыка.

Трещины в стволе набивной сваи могут быть вызваны: быстрым схватыванием бетона, расслоением жесткого бетона, неправильным соотношением заполнителей. Допустимы трещины волосяные усадочного происхождения. Их длина не должна превышать половины размера сваи.

При проектировании фундаментов на водонасыщенных глинистых грунтах под подошвой следует предусматривать песчаную подушку, чтобы в нее при уплотнении могла перемещаться вода. В противном случае вода движется параллельно подошве и возникает большое дополнительное давление на скелет грунта [1].

Отмечается, что существующая экспертиза качества проектных работ несовершенна и необходимо создать единый центр по экспертизе.

Возведение нового здания вплотную к существующему. Многочисленные примеры, например, в [107] (рис. 2.1), а также на рис. 2.2 [5] показывают, что происходит наклон торцевой части существующего здания с изгибом.

По результатам наблюдений, проведенных в Санкт-Петербурге, радиус осадочной воронки у тяжелых зданий достигает 100 м и более. Из практики элеваторостроения известны случаи наклона зданий друг к другу, соприкасание верхних частей и растрескивание. Легкие здания, примыкающие к тяжелым, например, магазины рекомендуется возводить после завершения основных осадок тяжелых зданий.

27

Рис.2.1. Деформация зданий при пристройках к ним новых зданий:
а) - схема трещин; б) - сечение фундаментов; 1 - существующее здание;
2 - пристраиваемое здание; 3 - зона положения дополнительной нагрузки на основания
существующих фундаментов

Воздействие на фундаменты высокой температуры. В промышленном, гражданском и гидротехническом строительстве часто возводят массивные фундаменты мелкого заложения или массивные ростверки для свайных фундаментов. Температурные воздействия строительного и эксплуатационного периодов существенно влияют на напряженно-деформированное состояние фундаментов. Средняя температура массивных конструкций повышается до 30° и более, а затем в течение 30 ... 60 дней снижается. Усилия, возникающие, например, в сваях, соизмеримы с усилиями от внешних нагрузок. Сжимающие усилия в сваях, расположенных в центральной части ростверка, достигают 540 кН, а растягивающие в крайних сваях - 250 кН. Объясняется это [86] прогибом свайного ростверка, обусловленным изменением температурного перепада по толщине. После затухания экзотермического процесса характер распределения усилий в сваях фундамента сохраняется, но усилия снижаются на 50 ... 60 %. Растягивающие напряжения в верхней арматуре свайных ростверков достигают 100 МПа. После стабилизации температурного состояния ростверка напряжения в арматуре уменьшались до 40 ... 65 МПа и в дальнейшем мало изменялись.

Сжимающие напряжения возникают в более разогретых средних слоях ростверка, а растягивающие - в более холодных нижних и верхних. Различная скорость остывания центра и краев ростверка вызывает появление растягивающих напряжений в центре ростверка по всей толщине.

При изготовлении массивного ленточного слабоармированного монолитного фундамента на одном из объектов Россошанского химического комбината, возводимого на мелкозернистом песке средней плотности мощностью до 20 м, в теле фундамента были обнаружены вертикальные трещины шириной раскрытия до 10 мм на расстоянии 4-6 м друг от друга. Дефектов основания не обнаружено. Основной причиной появления трещин явились температурные деформации. При длительном действии высоких температур бетон обезвоживается, происходят температурные и усадочные деформации,

28

изменяется структура бетона, понижается модуль упругости (до 30 %), снижается сцепление арматуры с бетоном (до 50 %). Для сжатых элементов предельная теплостойкость составляет около + 150 °, изгибаемых с предварительно напряженной арматурой - + 60 ... 80 °.

Рис. 2.2. Общая схема деформаций ранее построенного здания (I) в результате
пристройки к нему здания большей этажности (П):
а) - при отсутствии мероприятий, предотвращающих влияние пристройки на ранее
построенное здание; б) - при осуществлении этих мероприятий в виде разрезки основания
шпунтовой стенкой (III); 1 - поверхность земли до пристройки здания;
2 - поверхность после пристройки; S_п.с. - полная осадка основания под смежной стеной
ранее построенного здания; S_p/c/ - полная осадка под смежной стеной
пристройки; 1 -участок перегиба

Дефекты при устройстве и эксплуатации фундаментов энергетического оборудования. Приведем некоторые данные из [87].

Неровности на поверхности бетона. Возникают вследствие дефектов на лицевой стороне опалубки.

Каверны и поры. Возникают вследствие вовлечения воздушных пузырьков в бетон и раствор, от вмятин и выступов нестроганной опалубки, от скопления при вибрировании наиболее жидкой части цементного раствора, от усадки бетонной смеси, из-за отсутствия отсоса влаги при бетонировании в металлической опалубке.

Раковины могут быть поверхностными, глубинными, сквозными, одиночными или групповыми. Причины их появления состоят в несоблюдении правил подбора состава бетона, расслоении при длительном транспортировании, неправильной укладке и уплотнении смеси.

Пустоты - полости неопределенных размеров. Возникают в местах насыщения арматуры, скопления и пересечения закладных деталей.

Изъяны - углубления в бетоне, недостаточный защитный слой, обнажение арматуры.

Необработанные рабочие швы. Хорошо обработанные швы обеспечивают хорошее сцепление старого бетона с новым. Недостаточная подготовка поверхности снижает качество сцепления, вызывает

29

арматуры, фильтрацию грунтовых вод. К недостаткам относят: случайные обрывы без устройства организованных вертикальных выгородок, расплыв бетона, скопление рыхлых прослоек, посторонних включений, мусора.

Сколы или отколы. Возникают от механических повреждений при распалубке недостаточно окрепшего бетона, транспортировании, складировании и монтаже.

Рыхловатость структуры. Появляется при замораживании бетона в раннем возрасте; при многократном замораживании - оттаивании.

Дефекты опорных конструкций. К ним относятся: опирание агрегатов или емкостей не на все предусмотренные проектом балки; геодезические ошибки; разность осадок соседних опор из-за недостаточного уплотнения грунта; нестабилизированные деформации; перекосы и неравномерное опирание, приводящее к дополнительным динамическим нагрузкам; ограничение свободных перемещений скользящих и катковых опор.

Повышение уровней вибраций из-за дефектов опорных конструкций, Предельные величины уровней вибрации с точки зрения воздействий на оборудование приведены в технических условиях на проектирование и в специальной технической литературе. Повышение уровня вибраций ускоряет все разрушительные процессы и приводит к преждевременному выходу из строя оборудования. Причиной повышенной вибрации является: отступление от проекта в части размеров и массы конструкций; неплотное примыкание опорных соединений; недостаточное уплотнение и просадочность фунтов; неудовлетворительное качество виброизоляции и крепления машин к фундаментам; малая изученность действительной работы этих конструкций.

30