Симионова Н.Е., Шеина С.Г. - Определение деформаций жилых и гражданских (бескаркасных) зданий

При обследовании и анализе технического состояния эксплуатируемых зданий рекомендуется определять деформации и характер деформирования, которые зависят от принятых конструктивных схем, технических решений, вида и расположения источника замачивания.

Во многих городах достаточно большую часть жилых и гражданских зданий составляют кирпичные дома. В таких зданиях применяется преимущественно конструктивная схема с несущими продольными стенами. Пространственная устойчивость обеспечивается поперечными стенами и перекрытиями.

Для крупноблочных и крупнопанельных зданий также наиболее характерна конструктивная схема с продольными несущими стенами.

Следует учитывать, что специальные противопросадочные конструктивные мероприятия в жилых и гражданских зданиях, которые начали применять с 60-х годов, снижают их деформации, включают разрезку деформационными швами на одно-, двухсекционные отсеки, устройство железобетонных поясов в фундаментно-подвальной части и на уровне перемычек этажей.

Рекомендуется учитывать, что наиболее часто встречаются деформации зданий следующих типов:

Рисунок 1 – Виды деформаций бескаркасных зданий:
а – выгиб; б – прогиб; в – сдвиг; г – горизонтальный разрыв; д – вертикальный разрыв; е - замыкание деформационного шва

В зданиях, деформированных по схемам изгиба, необходимо учитывать возможность трещинообразования в пределах наиболее ослабленного места – лестничной клетки. Эксплуатационная пригодность может теряться из-за трещинообразования в стенах, отслоения штукатурки и перекоса проемов.

На большинстве крупноблочных 9-этажных зданий, запроектированных без деформационных швов с «гибкими вставками» между смежными секциями, возможны отслоение штукатурки на стеновых блоках, раскрытие швов между плитами перекрытия и блоками, трещины в блоках из-за значительной деформации в зоне «гибких вставок».

В 9-этажных крупноблочных зданиях, разделенных на отсеки, рекомендуется учитывать изменение ширины деформационных швов, сдвиг плит перекрытия и блоков в верхней части здания, сдвиг продольных стен, сопровождающихся трещинообразованием в перемычках и простеночных блоках, раскрытие вертикальных междублочных швов.

Следует учитывать, что деформации крупнопанельных зданий наиболее часто сопровождаются изменением ширины и замыканием деформационных швов. При этом деформируются балконные плиты и ограждения смежных секций.

Неравномерные просадки основания вызывают крены отдельных секций, поэтому необходимо обеспечивать нормальные условия работы лифтов путем их поддомкрачивания и регулирования направляющих лифтовых кабин.

Рекомендуемая последовательность оценки эксплуатационной пригодности производственных зданий:

По результатам первого этапа работы в случае аварийной ситуации составляется предварительное заключение с рекомендациями по устранению очагов замачивания и временной защите аварийных элементов и узлов здания.

Состав и объем изысканий определяется программой, разработанной изыскательской организацией на основании требований технического задания проектной или эксплуатирующей данные производственные здания организации и действующих нормативных документов.

Если визуальный осмотр не позволяет определить место источника замачивания, по периметру здания необходимо пробурить разведочные скважины с отбором образцов грунта для определения их влажности.

Предполагаемое местонахождение источника замачивания оконтуривается дополнительными скважинами для наиболее точного определения района утечек воды.

При назначении мест бурения разведочных скважин особое внимание следует обратить на место вводов и выпусков водонесущих коммуникаций.

Если решающий фактор – возможность дальнейших деформаций, на площадке определяют свойства грунтов до уровня подземных вод по монолитам, отобранным из шурфов, либо другими методами, обеспечивающими сохранение природной структуры грунтов в отобранных пробах.

Инженерно-геологические изыскания на обводненных территориях производятся в две стадии:

Отбор образцов грунта ненарушенной структуры производится через 0,5–0,8 м по глубине. При неоднородных напластованиях дополнительно производится отбор образцов грунта ненарушенной структуры через 0,2–0,4 м для определения влажности.

В лабораторных условиях определяется полный комплекс физических свойств грунтов. Компрессионные испытания водонасыщенных грунтов выполняются при нагрузках 0,005; 0,01;0,02; 0,03; 0,05; 0,075; 0,1; 0,15; 0,2; 0,3; .0,4; 0,5 МПа. За условную стабилизацию принимается 0,01 мм за 12 ч.

В полевых условиях с помощью Штампов площадью не менее 10000 см2 определяются деформационные характеристики – давление, отвечающее структурной прочности, и модуль деформации грунта, за условную стабилизацию принимается 0,1 мм/сут. Деформационные характеристики грунта на глубинах ниже 0,3 м определяются в скважине диаметром 325 мм с помощью штампа площадью 600 см2.

Прочностные характеристики водонасыщенных лессовых грунтов определяются на одноплоскостных сдвиговых приборах по методу ускоренного неконсолидированного сдвига. Сдвигающие нагрузки принимаются в размере 5-7 % от нормальных и прикладываются через 15–30 с. Вертикальные нагрузки принимаются в зависимости от консистенции грунта и нагрузок на фундаменты: 0,025; 0,05; 0,075; 0,1; 0,15; 0,2 МПа.

Для уточнения физико-механических свойств грунта непосредственно под подошвой фундаментов, определения размеров и формы фундаментов и визуального их осмотра технический шурф отрывают непосредственно вдоль фундамента на глубину ниже его подошвы, – на 0,5 м (шурф устраивается в месте максимальных деформаций конструкций).

Из-под подошвы фундамента отбираются образцы грунта ненарушенной структуры размером 20x20x20 см для лабораторных исследований.

С целью уточнения гидрогеологических условий площадки рекомендуется по углам здания выполнить 3–4 разведочные скважины глубиной, вскрывающей мощность просадочной толщи, и, в случае обнаружения уровня подземных вод, до отметки ниже уровня на 2–3 м. По результатам разведочного бурения уточняется геологическое напластование грунтов, слагающих площадку обследуемого объекта, и определяются их консистенция и фактическое влажностное состояние по глубине просадочной толщи. Уровень подземных вод фиксируется через сутки после бурения. Одну из разведочных скважин целесообразно оборудовать пьезометром, по которому можно производить ежемесячные замеры поднятия уровня подземных вод на площадке.

По результатам инженерно-геологических изысканий составляют отчет, включающий следующие разделы: общие сведения; местоположение, геоморфология и рельеф площадки; геолого-литологическое строение грунтов площадки; характер распределения влажности грунтов площадки; гидрогеологические условия площадки; выводы и рекомендации с определением типа грунтов по просадочности и прогнозируемой просадке; список используемой литературы; текстовые и графические приложения, включающие техническое задание на производство изыскательских работ, материалы выполненных ранее изысканий и обследований, результаты камеральной обработки образцов (анализ воды, испытаний грунтов), план съемки, разрезы по линиям съемки.

Наблюдения за деформациями эксплуатируемых зданий при их освидетельствовании и обследовании производят в соответствии с требованиями. Периодичность наблюдений назначается в зависимости от фактического состояния здания и развития просадочных деформаций. При скорости развития просадок, превышающих 10 мм/сут, измерение необходимо проводить ежедневно, при 5–10 мм/сут – 1 раз в неделю, при 0,5–4,5 мм/сут – 1 раз в месяц; при 0,2–0,4 мм/сут – 1 раз в 2 месяца; менее 0,2 мм/сут – 2 раза в год.

При обнаружении развивающихся деформаций в конструкциях здания (трещины в стенах и узлах опирания конструкций покрытия и т. п.) необходимо организовать геодезические наблюдения за развитием осадок фундаментов и просадок грунта на окружающей здание территории и определить фактическое положение строительных конструкций и поверхности земли, которые должны выполняться по рабочей программе (техническому заданию), составленному организацией-исполнителем обследования здания совместно с предприятием-заказчиком, проектной организацией.

Для разработки программы необходимо осмотреть объект и зафиксировать его исходное состояние на схемах и фотографиях, отыскать или выбрать места установки необходимых геодезических знаков и маяков, определить периодичность наблюдений, изучить состояние строительных конструкций и имеющуюся техническую документацию, установить причины деформаций.

Программа должна состоять из пояснительной записки, включающей цели и задачи исследований, сведения об инженерно-геологических условиях площадки, о наличии пунктов государственной геодезической сети, существующих и проектируемых геодезических знаках, инструментах и способах измерений, порядке обработки результатов измерений, ранее выполненных работах по наблюдениям; календарного плана работ с периодичностью наблюдений; сметы на производство работ; особых условий.

Геодезические наблюдения за развитием вертикальных перемещений (просадок грунтов, осадок фундаментов и т. п.) производят методами геометрического, тригонометрического и гидростатического нивелирования и фотограмметрии, горизонтальных перемещений (сдвигов) – створных наблюдений, отдельных направлений, засечек, триангуляции, трилатерации, фотограмметрии, углов перемещений (кренов) – визирования (с применением теодолитов), координирования, измерения углов или направлений, фотограмметрии, а также механическими способами с применением клиномеров и отвесов, нивелирования. Можно также пользоваться комбинациями из различных методов.

Наиболее простыми методами для измерений деформаций эксплуатируемых производственных зданий на просадочных грунтах являются: геометрическое (с применением нивелира) и тригонометрическое (с применением теодолита) нивелирование; створные наблюдения и визирование (с применением теодолита). Наиболее универсальным, позволяющим измерять деформации любых видов одновременно вдоль трех координатных осей в любых недоступных точках эксплуатируемых зданий, считается стереофотограмметрия, для чего применяются комплексы специальных приборов и принадлежностей, включающие фототеодолиты, стереофотограмметрические камеры, дальномерные устройства и т. д.

Геодезические наблюдения за развитием осадок фундаментов и просадок грунтов одноэтажных производственных зданий целесообразно производить о помощью геометрического нивелирования III класса (по точности измерений).

Для измерения деформаций на территории, окружающей здания, и на его конструкциях отыскиваются или устанавливаются необходимые геодезические знаки.

В первую очередь, отыскиваются или устанавливаются исходные геодезические знаки – реперы. При измерении осадок и просадок нивелированием III класса допускается использование только грунтовых (не менее трех) и стенных (не менее четырех) реперов.

Для измерения просадок грунтов на окружающей здание территории устанавливают поверхностные грунтовые марки временного типа, представляющие собой отрезки арматурной стали диаметром 14–20 мм, длиной 0,6–0,8 м, забитые в грунт на глубину 0,5–0,7 м. Точки для нивелирования на дорожных покрытиях наносятся масляной краской с указанием номера. Для измерения осадок на конструкциях (колоннах, стенах) устанавливаются стенные марки по углам здания, у осадочного шва по обе стороны и вдоль всех продольных и поперечных осей при шаге колонн 6 м на каждой второй, при шаге 12 м – на каждой колонне, при установке на стенах - на таких же расстояниях, но не менее трех марок по каждой оси. Марки устанавливаются на одном уровне, удобном для измерений. Конструкции стенных марок могут быть различных типов: стационарные и съемные, открытые и закрытые. Стенная марка простейшего типа – отрезок металлического стержня (диаметром 14–20 мм) или прокатного уголка (25x3) длиной 120–140 мм, заделанных в предварительно пробитое отверстие на цементном растворе под углом 30–45° вверх на глубину 50–60 мм.

Определение фактического деформированного состояния здания и окружающей его территории производится также с помощью геодезических измерений. Вертикальные смещения конструкций и поверхности земли по высоте определяются нивелированием, горизонтальные смещения фундаментов зданий с гибкой конструктивной схемой – методом бокового нивелирования, крены конструкций, смещения верха колонн по горизонтали, также методом бокового нивелирования с помощью теодолитной съемки; относительная неравномерность просадок, наклон земной поверхности и т. п. вычисляются при обработке материалов геодезических измерений.

При проведении наблюдений за деформациями различного типа циклы (периодичность измерений каждого вида деформаций) должны совпадать по времени или выполняться один за другим. Наблюдения можно прекратить, если в течение трех циклов измерений их величина колеблется в пределах заданной точности измерений.

Осадку фундамента вычисляют как разность между отметкой марки, полученной в последнем цикле измерений, и отметкой, полученной в первом цикле.

На основании данных наблюдений заполняются ведомости, вычисляются средняя осадка (просадка), относительные значения прогиба (выгиба), неравномерности осадок соседних фундаментов, сдвиг и крен, а также скорости среднегодовых и среднемесячных просадок или осадок; определяется фактическое положение конструкций; на план наносятся осадки и изолинии равных осадок (просадок); строятся профили просадок по каждой оси (ряду) здания с указанием неравномерности и графики развития просадок (осадок) во времени.

При появлении трещин в несущих конструкциях производственных зданий следует организовать систематическое наблюдение за их раскрытием, чтобы выяснить характер деформаций и степень опасности их для дальнейшей эксплуатации.