Обследование и испытание зданий и сооружений. Обследование и испытание зданий и сооружений
 Скачать 1.64 Mb.
|
|
Раздел 6. Определение несущей способности и эксплуатационной пригодности конструкций Многообразие факторов, определяющих поведение грунтов под воздействием нагрузки, зачастую затрудняет создание достоверной аналитической модели их напряженного состояния. Действительную картину напряженного состояния может вскрыть лишь метрологически обеспеченный эксперимент, позволяющий проводить длительные статические или динамические исследования (диагностику) грунта и изучение явлений на контакте сооружения или конструкции с грунтом. Перед проведением диагностики, как правило, предшествует общее обследование оснований и фундаментов. Итак, рассмотрим подробнее данные вопросы. Общее обследование и диагностика оснований и фундаментов Общее обследование оснований и фундаментов Деформации грунтов основания и неисправности фундаментов зданий устанавливают в процессе осмотров надземных строительных конструкций. При этом учитывается, что признаками деформаций грунтов и неисправности фундаментов являются: - смещение по вертикали, наклоны или перекосы колонн, связей или других конструкций каркаса здания; - смещение опор несущих элементов перекрытий и в первую очередь в подвалах. Дополнительно оцениваются трещины, разрывы, повреждения в соединениях несущих конструкций около опор, мест заделки или других узлов сопряжений, раскрытие или сужение деформационных швов, меняющиеся по высоте здания; крен какой-либо стены или здания в целом; вертикальные или наклонные трещины в стенах, распространяющиеся не менее чем на 2/3 высоты здания; искривления рядов кладки, перемычечных участков, карнизов или других горизонтальных элементов в плоскости стены; 162 трещины в железобетонных перемычках, перемычечных блоках или панелях, как правило, около мест заделки, особенно в подвалах и на первых этажах. Особое внимание обращается на отрыв внутренних стен от наружных; трещины в швах по периметру стеновых панелей или крупных блоков стен, сколы вертикальных сопрягающих граней; разрывы или деформации креплений стеновых панелей; искривления, крены перегородок, трещины в перегородках подвала или первого этажа бесподвальных зданий; трещины и проседания полов подвала; разрушения приямков, входов в подвал; сколы сопрягающих граней несущих плит перекрытий или покрытия здания. При этом фиксируются перекосы или смещения опор маршей либо площадок лестничных клеток; просадки, перекосы крылец, входов и заклинивание дверей вследствие перекоса проемов; заклинивание лифтов вследствие перекосов лифтовых шахт; отрывы от стены отмостки, примыкающего тротуара или дорожного покрытия. При осмотрах подвалов, приямков и подполий зданий особое внимание должно быть обращено на места увлажнения стен и образования на них плесени и высолов; отслаивания штукатурки или защитных слоев бетона на поверхности фундаментов, стен, расслаивания кладки стен и выпадения камней из нее; повреждения заполнений оконных и дверных проемов; неплотностей в сопряжениях стен между собой и с полами; просадок полов и грунта. Если меры по проветриванию помещений подвалов и искусственной сушке не устраняют избыточной влажности материалов стен, следует произвести вскрытие и проветрить состояние гидроизоляции. Различают разрушение гидроизоляции следующих элементов: прижимной защитной стенки, защитного слоя, мест примыканий, одного, двух, трех и т.д. слоев гидроизоляции, полное разрушение гидроизоляционного ковра. Признаками аварийного состояния гидроизоляции являются сплошные протекания воды, а критерием – наличие 163 сплошных повреждений, занимающих более 40 % площади гидроизоляции. Обследование состояния гидроизоляции включает визуальный осмотр и инструментальные замеры. До начала осмотра подземных помещений здания необходимо провести обследование состояния сантехнических коммуникаций, проходящих в этом помещении, чтобы их протекания не учитывать как нарушения гидроизоляции. Внутреннюю гидроизоляцию помещений осматривают непосредственно, выявляя места протечек, их характер и интенсивность, наличие на поверхности следов от механических повреждений – выбоин, сколов, трещин. Состояние наружной гидроизоляции здания определяют по наличию или отсутствию следов протекания на стенах и полу изолированного подземного помещения. При этом также определяют места протеканий, характер протеканий, их интенсивность, места сколов и коррозии арматуры на стенах помещения. Инструментальное обследование проводят в случае значительных осадок подземных строительных конструкций и прилегающего к ним грунта. В основном фиксируются ширина и глубина раскрытия трещин. В процессе осмотра фундаментов и стен подвалов выявляется наличие пустых швов облицовки, местных разрушений, раковин, каверн, пор и других дефектов. Все выявленные дефекты и разрушения детально описываются, зарисовываются или фотографируются. При обследовании необходимо установить конструкцию кладки фундаментов. Особое внимание необходимо обратить на облегченные и смешанные кладки. При выявлении фундаментов такой конструкции должны быть выделены границы несущих участков и ненесущего заполнения. Конструкция фундаментов и стен подвалов может быть определена путем контрольного зондирования кладки. Признаками наличия критических дефектов оснований и фундаментов являются: прогрессирующие сквозные трещины на всю высоту здания с раскрытием свыше 40-50 мм и 164 значительные неравномерные осадки фундаментов, сопровождающиеся разрушение цоколя, перекосами проемов, сдвижкой плит и балок с опор. Детальное обследование (диагностика) оснований и фундаментов Объем выполнения инженерно-геологических изысканий и обследований фундаментов определяется исходя из предполагаемого вида ремонта или реконструкции, технического состояния и характера деформаций конструктивных элементов (фундаментов, стен, столбов). Случаи, когда необходимо выполнить инженерно- геологические изыскания, и примерный состав выполняемых работ приведены в таблице 1. Контрольные шурфы отрывают в зависимости от местных условий с наружной или внутренней стороны фундаментов. При детальном обследовании оснований и фундаментов необходимо также: определить тип фундаментов, их форму в плане, размер, глубину заложения, выявить выполненные ранее подводки усиления и другие устройства, а также ростверки и искусственные основания; исследовать прочность конструкции фундаментов с установлением размеров повреждений; отобрать пробы для лабораторных испытаний материалов фундаментов; установить состояние гидроизоляции, а также отобрать пробы грунта основания и грунтовой воды для лабораторного анализа. Число отрываемых шурфов следует принимать в зависимости от размера здания в секциях (площадь секции составляет не более 400 м 2 ): - 1 секция – 3; - 2 секции – 5; - 3-4 секции – 7; - более 4 – 10. 165 Таблица 6.1 Инженерно-геологические изыскания и состав работ по оценке оснований и фундаментов № № п/ п Характер предполагаемого ремонта или реконструкции, виды деформаций Состав выполняемых работ по обследованию оснований и фундаментов 1 1 Определение конструктивных особенностей фундаментов, их технического состояния, геометрических размеров и глубины заложения при капитальном ремонте здания без замены перекрытий и без увеличения нагрузок Контрольные шурфы 2 2 Реконструкция, модернизация или капитальный ремонт здания со сменой всех перекрытий, увеличением нагрузок на основание, возведением надстроек и пристроек, деформации стен, столбов и фундаментов Детальное обследование оснований и фундаментов: выполнение контрольных шурфов, бурение скважин с отбором монолитов для лабораторного исследования (с целью определения физико-механических характеристик, химический анализ воды, исследования материалов фундамента) 3 3 Определение причин затопления подвалов и других подземных сооружений, углубление подвалов, появление сырости (увлажнение) ограждающих конструкций подвалов Контрольные шурфы. Исследование грунтов бурением с определением уровня грунтовых вод. Проверка состояния и соблюдения инженерно-мелиоративных мероприятий, направленных на водопонижение и осушение грунтов. Проверка наличия и состояния гидроизоляции, наблюдения за уровнем грунтовых вод При этом руководствуются следующими положениями о расположении шурфов: - в каждой секции по одному у каждого вида конструкции в наиболее нагруженном и ненагруженном участках; - при наличии зеркальных или повторяющихся (по плану и контурам) секций – в одной секции отрываются все шурфы, а в остальных – один-два в наиболее нагруженных местах; - в местах, где предполагается установить дополнительные промежуточные опоры, в каждой секции отрывают по одному шурфу; 166 - дополнительно отрывают для каждого строения 2-3 шурфа в наиболее нагруженных местах с противоположной стороны стены, там, где имеется выработка. - при наличии деформаций стен и фундаментов шурфы в этих местах отрывают в обязательном порядке, при этом в процессе работы назначаются дополнительные шурфы для определения границ слабых грунтов оснований или границ фундаментов, находящихся в неудовлетворительном состоянии; в случае свайного основания шурфы отрываются от свай. Глубина шурфов, расположенных около фундаментов, не должна превышать глубины заложения подошвы больше чем на 0,5 м. Обследование фундаментов зданий и сооружений предпочтительно осуществлять в летний период. Минимальная площадь сечения шурфов в зависимости от глубины заложения фундамента составит: - до 1,5 м – 1,25 м 2 ; - 1,5-2,5 м – 2 м 2 ; - более 2,5 м – 2,5 м 2 и более. При значительной ширине фундаментов размер шурфа в плане можно увеличить. Длина обнажаемого ленточного фундамента должна быть не менее 1 м. Оборудование, способы проходки и крепления выработок (скважин) инженерно-геологического назначения следует выбирать в зависимости от геологических особенностей и условий подъезда транспорта, наличия коммуникаций, стесненности площадки, свойств грунтов, поперечных размеров шурфов и глубины выработки. Для исследования грунтов ниже подошвы фундаментов рекомендуется бурить скважину со дна шурфа. Число разведочных выработок (скважин) должно устанавливаться заданием и программой инженерно- геологических работ. В зависимости от количества секций число разведочных выработок (скважин) определяется: 167 - 1-2 – 4; - 3-4 – 6; Более 4 – 8. Указанное число выработок может быть уменьшено при наличии материалов изысканий и для участков с простым геологическим строением. Глубина заложения выработок скважин (h, м) определяется по формуле (7.1): h = h 1 + h a + c, (6.1) где: h 1 – глубина заложения фундаментов от поверхности земли, м; h a – глубина активной зоны основания, м; с – постоянная величина, равная 2 м для зданий до трех этажей, 3 м – свыше трех этажей. Глубина заложения выработок должна назначаться исходя из глубины активной зоны основания с учетом класса и конструктивных особенностей здания, а в сложных геологических условиях также глубиной термоактивной зоны, зоны набухания, зоны присадочных грунтов и т.д. При обследовании оснований — грунтов, залегающих под фундаментами и воспринимающих от них нагрузку, необходимо обратить внимание на характеристики грунтов. Нужно изучить проектно-изыскательские материалы, акты на скрытые работы при проведении фундаментов, выявить характер грунтов, степень их пучинистости или просадочности, глубину промерзания, уровень грунтовых вод. Для этого отрывают шурфы и берут пробы грунта для лабораторных исследований. Различают грунты: нормальные, пучинистые и просадочные. При нормальных грунтах равномерная и небольшая осадка не вызывает деформации зданий. Опасными для здания являются пучинистые грунты (глинистые и пылеватые грунты), которые при увлажнении и промерзании увеличиваются в объеме на 10 %. Под воздействием сил кристаллизации, льда находящейся в грунте воды, они передают нормальные силы снизу вверх на подошву фундамента и 168 касательные силы при смерзании пучинистых грунтов с поверхностями фундаментов и стен подвала. Нормальные силы пучения N н , действующие на подошву фундаментов можно определить по следующей приближенной формуле (7.2): N H = nRA n* h 1 (6.2) где п — коэффициент перегрузки, равный 1,1; R — эмпирический коэффициент, принимаемый 0,06 кг/см 3 ; А n — площадь подошвы фундамента; h 1 — высота мерзлого слоя грунта, см. Если есть защита грунтов от избыточного увлажнения и промерзания (отмостки, теплозащитные подушки) и масса вышележащих конструкций превышает силы пучения, то разрушения фундаментов и стен здания не происходит. Промерзание грунта также опасно при последующем оттаивании грунтов и неравномерной осадке фундаментов (рис.7.1 и 7.2). Рис. 6.1. Деформации зданий, вызванные неравномерной осадкой оснований а - прогиб; б – выгиб Причиной деформаций зданий могут быть повреждения инженерных коммуникаций, из которых агрессивные воды попадают в грунты. Плохое качество гидроизоляции также вызывает коррозию стен фундаментов. 169 Рис. 6.2. Деформации излома и скалывания а - излом; б - скалывание При высоком уровне грунтовых вод и отсутствии дренажа конструкции фундаментов и стены подвала находятся в воде, зачастую агрессивной, что вызывает их разрушение. В водном бассейне находится и грунт основания, возможна фильтрация и перемещение грунта из-под фундаментов. Разработка вблизи зданий котлованов изменяет влажностный режим грунтов и уровень грунтовых вод. Это вызывает деформацию грунтов и, как следствие, трещины в фундаментах и стенах здания (рис.7.3, 7.4, 7.5). Фундаменты разрушаются при действии агрессивных грунтовых вод, насыщенных щелочными, сульфатными и другими химическими веществами. При этом отслаивается защитный слой бетона и корродирует арматура. Динамические нагрузки от технологического и подъемно- транспортного оборудования также вызывают колебания и разрушения фундаментов. 170 Рис. 6.3. Суффозионнос разрушение фунта под существующими фундаментами при открытом водоотливе: а - без ограждающего шпунта; б - при шпунте, не забитом до водоупора или недостаточно заглубленном ниже дна котлована; 1 - существующий фундамент; 2 - котлован возводимого здания; 3 - области возможного образования пустот; 4 - грифоны; 5 - насос; 6 - шпунт; h - глубина погружения шпунта ниже отметки дна котлована Рис. 6.4. Деформация здания вследствие понижения уровня подземных вод иглофильтровой установкой 1 – здание; 2 – шпунт; 3 – иглофильтр; 4 – уровень подземных вод до водопонижения; 5 – то же, после водопонижения Рис. 6.5. Деформация жилого дома, вызванная открытым водоотливом из смежной с ним траншеи 171 Под воздействием блуждающих токов происходит электрохимическая коррозия арматуры в бетоне. В одном из электролитных цехов предприятия цветной металлургии через 5 лет эксплуатации оказались в аварийном состоянии: подземные конструкции, стены и колонны подвалов, фундаменты. В них полностью разрушился защитный слой бетона, прокорродировала арматура, износ достиг своего предела, за которым следует авария. Воздействие смазочных материалов (масел) на фундамент снижает его прочность за счет интенсивного ослабления сцепления арматуры с бетоном. Причиной разрушения фундаментов могут быть: нарушение режима работы технологического оборудования, неучтенные при проектировании сочетании нагрузок и, особенно, влияние динамических нагрузок. Под безотказностью работы системы «основание— фундамент» понимают способность сохранять работоспособность (все элементы системы прочны, надежны, устойчивы и долговечны) в определенных условиях эксплуатации. Полная или частичная утрата надежности системы называется отказом. Различают признаки отказов оснований и фундаментов: - явные - вызывают полное обрушение здания или отдельных его конструкций, недопустимые крены, провалы и обвалы, выход из строя оборудования; - неявные - осадки, просадки, подъемы, трещины в фундаментах и стенах, искривления и деформации элементов, отслоение и коррозия арматуры, нарушение вертикальности стыков и сопряжений элементов. Неявные признаки являются сигналом для принятия необходимых мер, иначе последуют явные признаки. Существует несколько видов дефектов фундаментов: 1) расслоение кладки фундамента вследствие недостаточной перевязки швов каменной кладки и недостаточной прочности; 172 2) разрушение фундамента от воздействия агрессивной среды в грунте и применения нестойких к агрессии материалов; 3) разрыв фундамента по высоте вследствие морозного пучения грунта и неправильного конструирования (малой прочности материала фундамента и швов); 4) трещины в плите фундамента от недостаточных размеров или увеличения нагрузки на фундамент, а также увлажнения основания; 5) просадка фундамента при слабых фунтах (просадочных, плывунах) или недостаточном уплотнении грунта, малой глубине заложения фундамента и изменения уровня грунтовых вод. Характерные повреждения оснований фундаментов и грунтов, снижение их несущей способности вызваны ошибками при изысканиях и проектировании, недостаточным уходом в процессе строительства и подтопления основания грунтовыми, атмосферными и технологическим водами, а также срезки грунта вдоль здания или отрывке ям вблизи котлована. Физико-механические характеристики грунтов определяют по образцам, отбираемым в процессе обследования. Количество и размеры образцов грунта должны быть достаточными для проведения комплекса лабораторных испытаний. Интервалы определения характеристик по глубине, число частных определений деформационных и прочностных характеристик грунтов должны быть достаточными для вычисления их нормативных и расчетных значений по СНиП 2.02.01-88. «Основания зданий и сооружений». Гидрогеологические скважины проходят с целью изучения фильтрационных свойств грунтов, поисков и определения характеристик подземных вод, режимных наблюдений за изменениями уровня грунтовых вод и др. В качестве гидрогеологических скважин допускается использовать пробуренные контрольные скважины. Скважины бурятся в установленных визуально местах действия источника увлажнения. На расстоянии около 10 м от здания бурят контрольную скважину, влажность грунта из 173 которой принимается за естественную. Пробы грунта для определения его влажности отбирают с каждого метра глубины скважины. Ширину подошвы фундамента и глубину его заложения следует определять натурными обмерами. В наиболее нагруженных участках ширина подошвы определяется в двухсторонних шурфах, в менее нагруженных допускается принимать симметричное развитие фундамента по размерам, определенным в одностороннем шурфе. Отметка заложения фундамента определяется нивелированием. Обследование материалов фундаментов должно выполняться неразрушающими методами или лабораторными испытаниями. Пробы материалов фундаментов для лабораторных испытаний отбирают в тех случаях, когда их прочность является решающей при определении возможности дополнительной нагрузки или в случае обнаружения разрушения материала фундамента. Пробы допускается отбирать только из ленточных и сплошных фундаментов. В исключительных случаях допускается взятие проб из отдельных фундаментов на естественном основании и ростверков свайных фундаментов. Отбор проб необходимо производить без снижения несущей способности фундаментов. Способы взятия и изготовления образцов должны обеспечивать неизменяемость структуры материала, его характеристик и связанных с этими факторами прочностных показателей исследуемого материала. После отбора образцов места отбора зачищают и заделывают бетоном на крупном заполнителе. После окончания шурфования и бурения выработки должны быть тщательно засыпаны с послойным трамбованием и восстановлением покрытия. Во время рытья шурфов и обследования необходимо принимать меры, предотвращающие попадание в шурфы поверхностных вод. Результаты инженерно-геологических изысканий должны содержать данные, установленные СНиПом 2.02.01-88. 174 «Основания зданий и сооружений», и необходимые для решения вопросов: - определения свойств грунтов оснований для возможности надстройки дополнительных этажей, устройства подвалов и т.п.; - выявление причин деформаций и определения мероприятий по усилению оснований, фундаментов, других надфундаментных конструкций; - выбора типа гидроизоляции подземных конструкций, подвальных помещений; - установления вида объема гидромелиоративных мероприятий на площадке. Материалы инженерно-геологического обследования должны представляться в виде геолого-литологического разреза основания. Классификация грунтов проводится по ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик». Пласты грунтов должны иметь высотные привязки. В процессе выполнения обследования ведется рабочий журнал, содержащий все условия проходки, атмосферные условия, зарисовки конструкций фундаментов, размеры и расположение шурфов и т.д. Результаты лабораторных исследований оформляются протоколами и заносятся в рабочий журнал. |