Аварии зданий

ПРЕДИСЛОВИЕ 

           Аварии строительных конструкций зданий и  сооружений наносят значительный экономический ущерб и часто сопровождаются ранением и гибелью людей. Происходят аварии строительных конструкций обычно из-за совокупности причин: ошибок при проектировании, низкого качества материалов, используемых для несущих конструкций, нарушения технологии изготовления и  монтажа строительных конструкций, несоблюдения правил эксплуатации зданий и сооружений.

Аварии, строительных конструкций редко происходят внезапно. Обычно можно наблюдать ряд предвестников  аварии. Если своевременно заметить признаки  приближающейся аварии, то можно вовремя  принять  профилактические меры: вывести  людей из опасной зоны,  произвести разгрузку аварийной конструкции, установить временные крепления  и т. п. Поэтому так важно  инженерно-техническому персоналу строительных и  эксплуатационных организаций знать признаки аварийного  состояния конструкций.  

ПРИЗНАКИ  АВАРИЙНОГО СОСТОЯНИЯ  ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ 

        Аварийным состоянием грунтового основания является такое его состояние, когда конструкции здания или  сооружения, опирающиеся на это основание, находятся в аварийном состоянии по причине неудовлетворительной работы основания.

Следовательно, об аварийности грунтового основания  судят по состоянию конструкций, опирающихся на него. Нормы проектирования оснований зданий и  сооружений ограничивают относительную разность осадок, среднюю  и максимальную осадку фундаментов. При  превышении предельных значений этих деформаций в  конструкциях, опирающихся на основание, следует ожидать появления трещин. Однако не всегда при этом наступает аварийное состояние конструкций зданий и сооружений.

Во многих случаях  происходит лишь нарушение  нормальных условий эксплуатации. Естественное основание, если исключить стихийные  бедствия (землетрясение, оползни), может  прийти в  аварийное состояние  в случаях, когда:

— при проектировании здания или сооружения  неправильно оценены прочностные и деформативные  свойства грунтов основания;

— нарушена технология котлованных работ;

— допущено замораживание  пучинистых грунтов;

— нарушены правила  эксплуатации зданий и  сооружений.  

           В качестве примера, когда нарушение естественной структуры грунтового основания привело к аварийному состоянию части надземных конструкций, можно привести в Ленинградской области. При отрывке котлована была повреждена водопроводная магистральная труба, и часть котлована, отрытого в суглинке, долгое время была залита водой, что привело к сильному переувлажнению грунтов. После возведения здания произошло выпирание грунтов из-под подошвы фундаментов с разрушением пола  подвала. Три секции дома, построенные на разжиженном грунте, просели и оторвались от двух ранее возведенных секций. Ширина трещин вверху здания достигла 4 см. Армированный пояс, предусмотренный проектом в связи с неоднородностью основания, при этом  разорвался. В целом это здание нельзя было признать  аварийным, так как деформации основания стабилизировались, и обрушения здания не произошло. Аварийным в этом случае можно считать состояние стеновых панелей в зоне трещин, так как были нарушены связи панелей друг с другом и появились трещины в простенках.

      Примером достижения аварийного состояния  надземных конструкций в результате промораживания пучинистых грунтов могут служить деформации надземной части двухэтажного кирпичного жилого дома в период строительства в Пушкине. Строительство дома велось в зимний период. Окна подвала не были остеклены.  Засыпанный в подвал керамзитовый гравий прикрыл основания фундаментов у наружных стен. Внутренние продольные стены имели фундамент, заглубленный относительно пола подвала всего на 50 см. Грунт под этими стенами промерз, произошло его пучение. В результате дом раскололся вдоль на две части. Ширина трещины вверху торцевых стен достигла 8—10 см. В данном случае дом в целом не находился в аварийном состоянии. Только состояние продольных внутренних стен под перемычками можно было считать аварийным, так как при дальнейшем  развитии деформаций пучения появлялась возможность  обрушения перемычек и перекрытий, опертых на них. После восстановления в летнее время жесткости стен путем установки тяжей и заделки трещин, а также утепления подвала к следующей зиме следов последствий морозного пучения основания не осталось. Если бы здание осталось с не утепленным к следующей зиме подвалом, возникла бы реальная опасность обрушения участков стен.

При реконструкции  здания часто устраивают  эксплуатируемые  технические подвалы вместо существующих ранее полупроходных подполий. При  этом обычно  углубляют подвал так, что расстояние между подошвой  фундамента и поверхностью пола подвала  составляет менее 50 см, а иногда подошва  оказывается даже выше пола подвала.

В последнем  случае всегда наступает аварийное  состояние грунтового основания. Если отметка пола подвала приближается к отметке подошвы фундамента на  расстояние менее 50 см, то необходимо сделать расчет  основания по несущей способности (по первой группе  предельных состояний), т. е. проверить  основание на  возможность выпирания  грунтов из-под подошвы фундаментов. 

ПРИЗНАКИ  АВАРИЙНОГО СОСТОЯНИЯ  ФУНДАМЕНТОВ 

           Аварийное состояние фундаментов наступает из-за неудовлетворительной работы грунтового основания или из-за недостаточной прочности тела фундамента. При неудовлетворительной работе грунтового  основания в фундаменте образуются сквозные трещины, они обычно сильно раскрыты, редко расположены, пересекают фундамент по всей высоте и заходят в стены. Эти трещины не всегда приводят к аварийному  состоянию надземных конструкций. Трещины вызывают перераспределение усилий по длине фундаментов, что может привести к перегрузке отдельных участков  фундаментов и их разрушению. Это обычно сопровождается и местными разрушениями тела фундамента у перемычек над проемами. В местах перегрузки образуются слабо раскрытые часто расположенные вертикальные трещины, и наблюдается вертикальное расслоение тела  фундамента. Последнее определяется при простукивании,  вертикальных поверхностей фундаментов. В местах расслоения звук при простукивании глухой. Такое состояние участков фундаментов следует считать аварийным. При недостаточной прочности тела фундаментов в них также появляются часто расположенные слабо  раскрытые трещины и наблюдается вертикальное расслоение. Это аварийное состояние.

Появление трещин в стенках фундаментов стаканного типа под отдельные колонны, отсутствие должного омоноличивания стыка колонны с фундаментом следует признать аварийным состоянием фундамента, так как в этом случае не обеспечивается предусмотренная проектом  заделка колонны в фундаменте, что приводит к увеличению усилий в отдельных элементах каркаса. В практике  обследования у автора встретился случай, когда в полностью смонтированном двухэтажном каркасном здании заделка колонн в фундамент осуществлялась только с помощью временных деревянных клиньев, без бетона омоноличивания.

        При реконструкции здания, когда производят  углубление подвалов, не всегда обращают внимание на  конструкцию фундаментов. В домах постройки прошлых  веков часто нижняя часть фундамента выполнялась из камней округлой формы в распор со стенками траншеи без применения связующего раствора. Углублять пол при этом ниже верха такой кладки недопустимо. При реконструкции двухэтажного дома в  Ленинградской области, имевшего подобный фундамент, вместо полупроходного подполья решили сделать  эксплуатируемый подвал. При этом на большую высоту обнажили кладку из камней округлой формы. Камни начали  выпадать из кладки фундамента. Стены, опирающиеся на этот фундамент, получили большие деформации,  перекрытия просели, перегородки упали. Вовремя не были приняты меры для укрепления стен и фундаментов,  участки стен начали обрушаться, и здание пришлось разобрать полностью. В данном случае первый же вывалившийся из фундамента камень был достаточно достоверным  признаком аварийного состояния фундамента. От момента вывала первых камней до обрушения стен прошло несколько лет.

Рис.1 и  Рис.2 Оценка деформаций зданий и характерные  деформации зданий при изменении  грунтовых условий