Экзаменационные ответы по Реконструкция зданий и сооружений. Разрушение фундамента по всему периметру
 Скачать 1.36 Mb.
|
|
Вопрос 10 Таким образом, для оценки и обеспечения надежности эксплуатируемых зданий необходимым является знание (прогноз) ресурса всех конструкций, срока их службы. В общем виде именно они определяют периоды и объемы ремонтов. Установленные нормами сроки службы конструкций являются усредненными, расчетными сроками, обусловленными физическим (техническим) износом материала. Фактические сроки службы характеризуются реальными условиями эксплуатации во временном интервале. Вследствие потери качества происходит соответствующая утрата стоимости зданий и сооружений. Величина физического износа — это количественная оценка технического состояния, характеризующая долю ущерба, потери по сравнению с первоначальным состоянием технических и эксплуатационных свойств конструкций за период эксплуатации. Ущерб может быть выражен также в снижении первоначальной стоимости конструкций или здания в целом. При такой оценке технического состояния конструкций становится возможно их сопоставление, несмотря на различные свойства и особенности. При выполнении капитального ремонта физический износ частично ликвидируется, а действительная стоимость здания увеличивается. В строгом смысле ремонтироваться должны только сменяемые конструкции, нормальный срок службы которых менее нормативного срока службы здания, который, в свою очередь, определяется нормативными сроками службы основных несменяемых конструкций (фундаменты, стены). Несменяемые конструкции по физическому смыслу ремонтироваться не могут, и проводимые в них укрепительные работы носят восстановительный характер. С экономической точки зрения недопустимо отнесение восстановительных работ к капитальному ремонту. Пренебрежение этим положением приводит к ошибочному представлению, будто на протяжении срока эксплуатации износ элементов и зданий в целом почти не увеличивается, а срок службы становится неопределенно продолжительным, зависящим от числа ремонтно-восстановительных циклов. В связи с неравномерностью износа отдельных элементов, их разнопрочностью, необходимостью восстановления зданий при повреждениях, использованием ремонтными предприятиями новых строительных материалов и современной технологии организации работ при капитальном ремонте выполняются частично и восстановительные работы, при этом повышается уровень надежности, увеличивается долговечность, возрастает стоимость. При капитальном ремонте зданий в сменяемых конструкциях весь физический износ может быть устранен, а в несменяемых — только уменьшен. В табл. 2.4 приведены данные о стоимости несменяемых элементов для кирпичных и полносборных зданий. Физический износ конструкций и зданий связан со старением материалов. Интенсивность такого старения различна во времени. Кроме временного (естественного) износа, на конструкции зданий влияют и другие виды материального износа: механический, истирание; усталостный при повторных знакопеременных нагрузках (температурные, ветровые); коррозия металлических деталей, конструкций и элементов; эрозия, выветривание каменных и бетонных конструкций; гниение древесины, поражение ее грибами и жуками точильщиками. Механизм и интенсивность действия этих процессов различны. Каждый из них в отдельности или в совокупности ведет к постепенной утрате прочностных и эксплуатационных качеств конструкций, элементов и зданий в целом. Наиболее распространенными методами оценки физического (материального) износа являются: а) определение износа по нормативным срокам службы (обратная задача); б) обследование фактического состояния объекта в целом или его важнейших конструктивных элементов (частей, узлов); в) определение износа по объему выполненных ремонтных работ для восстановления конструкции. Важность обследования и уточнения расчета величины физического износа определяется тем, что сроки, объемы и виды ремонта назначаются в зависимости от физического износа конструкций и зданий в целом. Вопрос 12 Учет и изучение технических причин аварий и повреждений строительных конструкций необходим для предотвращения повторения аварий в будущем. Практика строительства раполагает большим числом примеров аварий и обрушений конструкций, вызванных случайными явлениями, которые не могут быть предусмотрены заранее. Изучение последствий таких аварий позволяет выявить ряд конструктивных, монтажных и других дефектов (которые без аварии могли быть и не обнаружены) и изыскать пути дальнейшего развития и усовершенствования конструкций или отдельных узлов. ехнические причины катастроф делятся также на три группы: потеря устойчивости, дефекты основания и неудовлетворительное производство работ. Ф. Д. Дмитриев, рассматривая в основном на материалах аварий зарубежных стран аварии и крушения мостов и гидротехнических сооружений, в классификации [1] не отражает специфику аварий и крушений металлических конструкций гражданских и промышленных сооружений. С нашей точки зрения, во вторую группу причин аварий следовало бы еще включить аварии, происшедшие не только от незнания, но и в результате недопустимой халатности. Примеры таких аварий, к сожалению, имеются. И. А. Мизюмский [3] дает классификацию аварий и крушений только металлических конструкций, причем аварий, вызванных только инженерно-техническими причинами. Аварии и крушения разделены на четыре группы: вызванные дефектами, связанными с ошибками проектирования; вызванные дефектами, возникшими в процессе производства работ; вызванные дефектами, связанными с эксплуатацией; вызванные недостаточно изученными условиями работы и свойствами применяемых материалов. Нельзя согласиться с принципом классификации Томаса X. МакКейга [73], где причинами аварий считаются четыре фактора: невежество, экономия, погоня за прибылью, небрежность и стихийные бедствия. Классификацию по таким признакам ее автор считает универсальной. Понятно, что такое определение причин аварий строительных конструкций лишено научной обоснованности и самый принцип определения чужд всему строю нашего социалистического общества. Предлагаемая нами классификация (табл. 1 см. вклейку) составлена по иному принципу. Аварии, вызванные непреодолимыми стихийными силами природы и военными действиями, не рассматриваются. Аварии, вызванные социально-экономическими условиями, в нашей советской действительности просто не могут иметь места. В связи с этим рассматриваются только аварии, вызванные инженерно-техническими причинами и происшедшие в результате халатности, недосмотра и т. п. При составлении классификации для удобства ее использования выделены основные причины аварий и факторы, их вызывающие. Вполне естественно, что перечисление последних на исчерпывающую полноту не претендует. Некоторая условность в определениях, примененных в классификации аварий, неизбежна. Можно бесконечно спорить о том, что и где является причиной и что следствием. Например, всем известен классический случай крушения в 1905 г. Египетского моста в Петербурге. Общепризнано, что причиной аварии был резонанс, возникший при прохождении по мосту войск. Но с таким же успехом причиной аварии можно было считать и просчеты, допущенные при проектировании моста, в результате которых, как следствие, в сооружении мог возникнуть резонанс. С таким же успехом причину аварии можно видеть в неправильной эксплуатации сооружения, выразившейся в том, что войска при прохождении моста шли строем с несбитым шагом, в результате чего, как следствие, и появился резонанс. И все-таки непосредственной причиной аварии был резонанс. В предлагаемой классификации выделены восемь основных причин аварий. Единственным же следствием этих причин является авария—катастрофа. Основные причины аварий в классификации расположены не в каком-то определенном порядке, например, в биографическом порядке проектирования и возведения сооружений, а отмечены только наиболее типичные комбинации (сочетания) причин аварий. В каждой из причин выделены (отмечены знаком Т) наиболее часто встречающиеся факторы, вызывающие появление перечисленных причин. Существующие в настоящее время строительные нормы и правила (СНиП) основаны, как известно, на методе расчета по трем предельным состояниям: по несущей способности, при достижении которого происходит исчерпание несущей способности элемента или конструкции в целом; по развитию чрезмерных деформаций от статических или динамических нагрузок, при достижении которого появляются недопустимые деформации или колебания; по образованию и раскрытию трещин, при появлении которых нормальная эксплуатация конструкции становится невозможной. Идея современного метода расчета по предельным состояниям заключается в том, чтобы за время нормальной эксплуатации сооружения не наступило ни одного из предельных состояний. Следовательно, предельное состояние следует рассматривать как аварийное или предаварийное. Аналогичная картина имеет место и при оценке прочности элементов конструкций в сопротивлении материалов. Так, применяя к элементу, находящемуся в сложном напряженном состоянии, ту или иную «теорию прочности», устанавливаем вначале критерий наступления «опасного» состояния (условно аварийного) по прочности или по пластичности, а затем переходим к «условиям прочности». При проектировании по СНиП П-8. 3-62 металлических конструкций третье предельное состояние не учитывается, так как появление трещин зависит не от силовых воздействий, развивающихся при эксплуатации сооружений, а от неправильностей технологии или монтажа, как, например, трещины при сварке. Мы имеем дело не с проектированием, а уже с существующими конструкциями, поэтому аварии металлоконструкций естественно рассматривать по всем трем предельным состояниям. Надежность конструкций и сооружений зависит от многих факторов: марки материала, сечения элементов, их формы, качества изготовления и монтажа, условия эксплуатации, своевременного ремонта, в необходимых случаях — усиления конструкций и т. п. Все эти факторы влияют на срок нормальной эксплуатации и определяют несущую способность сооружения и его отдельных конструктивных элементов. Каждая конкретная авария есть результат совокупности нескольких причин, сочетание нескольких неблагоприятных факторов. Вместе с тем всегда можно выделить основную причину, непосредственно или косвенно приведшую к аварии. Аварийное состояние в металлоконструкциях и их обрушение могут иметь место при вполне доброкачественных во всех отношениях конструкциях, правильно выполненном монтаже и нормальной эксплуатации вследствие дефектов оснований, на которых установлены металлические конструкции. Поэтому перед монтажом необходимо особенно тщательно проверить, правильно ли выполнены те конструкции, на которые будут установлены металлические, и в отдельных случаях состояние грунтов под подошвой фундамента. Характерную группу причин, от которых возникают аварийные состояния металлических конструкций, составляют: - неравномерность осадки грунта под фундаментами, на которые опираются металлоконструкции, - выдавливание грунта из-под фундаментов, выпучивание при вымораживании, - провалы грунта, оползни и т. д. Неравномерная осадка грунта вызывает перекосы, перераспределение усилий между элементами конструкций и т. д., в отдельных случаях — превращение статически определимых систем в статически неопределимые. Изменяется статическая схема работы деформированных конструкций путем превращения их в новые конструктивные формы. Ненадежность оснований, неравномерная осадка, потеря устойчивости опорными конструкциями вызывают аварийные состояния. Причины деформаций зданий и сооружений Формами и видами отклонений (ухудшения) характеристик и показателей работоспособности и надежности сооружений являются: деформации, трещинообразования, осадки, коррозия, механические, физико-химические или биологические повреждения, потеря устойчивости, обрушения конструкций, аварии и катастрофы. Повреждения могут быть вызваны двумя группами причин: 1 - внешние причины: неблагоприятные природно-климатические, инженерно-геологические условия; долговременные физические, химические, электрохимические, микробиологические процессы разрушения конструкций здания, вызывающие естественное "старение" строительных материалов и большой "физический" износ конструкций; стихийные явления (наводнения, землетрясения, пожары, провалы, обвалы, оползни и др.); неудовлетворительное качество эксплуатации объекта; ухудшение экологии окружающей среды; 2 - внутренние причины: ошибки изыскателей при изучении инженерно-гидрогеологических условий строительной площадки; неблагоприятное расположение объекта вблизи водоемов, подземных выработок; ошибки конструктивного и технологического характера, допущенные при проектировании и производстве работ; неудовлетворительное качество строительных материалов или их износ и старение; ухудшение свойств грунтов в результате увлажнения глинистых, замачивания лессовых, оттаивания мерзлых грунтов, резкого повышения уровня подземных вод, технологических загрязнений основания; уплотнение грунтов оснований под воздействием нагрузок, передаваемых новыми зданиями и сооружениями; проведение строительных работ вблизи существующих зданий (разработка котлованов и траншей, прокладка подземных коммуникаций, транспортных тоннелей, динамические нагрузки от транспорта, при забивке свай, погружении шпунта и т.п.). Значительное количество деформаций и аварийных состояний зданий связано с воздействием техногенных процессов, изменением влажностного режима работы подземных конструкций. Понижение уровня грунтовых вод (как и подтопление оснований) изменяет свойства грунта и вызывает его осадку, что приводит к деформациям, наклону, растрескиванию конструкций. В результате изменения влажностного режима и замачивания грунтов возможны: просадки, оползни, сели, выпор, растворение, размягчение связных грунтов, карст, засоление, коагуляция, набухание, выщелачивание, разуплотнение, разрыхление, разрушение структуры и др. процессы. рис.1 Осадочные трещины в конструкциях рис.2 Деформация здания при понижении уровня подземных вод рис.3 Деформация дома при откачке воды из траншеи Причинами осадочных трещин могут быть: ошибки при изысканиях и в проекте (невыявленные плывуны, карстовые и просадочные породы и включения, проектирование под частью здания подвальных помещений): недостатки в подготовке основания (излишний выбор грунта в основании и плохое уплотнение вновь подсыпанного); вымывание основания при откачивании воды из котлована; недостатки при устройстве фундаментов (некачественный материал и непроектные конструкции фундаментов; смещение фундаментов с проектной оси; дополнительные нагрузки от достраиваемых зданий; пропуск или некачественное выполнение армирующих поясов и ростверков по верху фундаментов); недостатки при эксплуатации объектов (подтопление и вымывание основания атмосферными, бытовыми или технологическими водами); увлажнение грунта основания протечками трубопроводов инженерных систем; неправильное устройство подпорных стен или отсутствие их при отрывке котлованов и траншей радом с существующим зданием; откачка грунтовых вод при производстве работ вблизи возведенного здания; промерзание грунтов в подвалах при нарушении режима отопления. Что произойдет, если зазоры между сборной колонной и стаканным фундаментом некачественно заделать бетоном? Расчетными схемами большинства типов каркасных зданий предусматривается жесткое защемление колонн в фундаментах (рис. 2, а). При использовании сборных железобетонных элементов такое защемление обеспечивается за счет тщательной заделки бетоном зазоров между колонной и стаканом фундамента, причем класс монолитного бетона должен быть не ниже класса бетона фундамента. В практике строительства, увы, нередки случаи, когда после рихтовки и временного закрепления колонн бетонирование зазоров осуществляется не сразу. За это время в зазоры попадает мусор и грязь, которые сверху лишь замазывают бетоном. При этом проверить качество работ по одному внешнему виду не представляется возможным. Такое соединение становится податливым, т. е. занимает промежуточное положение между жестким и шарнирным соединениями (его условная схема показана на рис. 2, б). Оно приводит к большим изменениям в работе каркаса по сравнению с тем, что предусмотрено в проекте: резкому увеличению горизонтальных перемещений А и усилий в колоннах, снижению устойчивости колонн, а в худшем случае — к обрушению здания. Этот дефект является одной из причин появления трещин в стенах и колоннах, разрушения узлов сопряжения стеновых панелей с колоннами и одной из главных причин систематического выхода из строя ("разбалтывания") путей мостовых и подвесных кранов. Поэтому качество и своевременность заделки зазоров должны подвергаться особо тщательному контролю. 1.3. Что произойдет, если опорные закладные детали стропильных балок (ферм) некачественно приварить к закладным деталям колонн? Сварные швы нужны не просто для фиксации положения балок и ферм (как ошибочно полагают де которые строители), а для восприятия весьма больших усилий скалывания и отрыва. В астности, швы обеспечивают шарнирно-неподвижное опирание стропильных конструкций (ригелей на колонны, благодаря которым горизонтальные нагрузки (ветровая или крановые) передаются от одной колонны к другой и распределяются между ними пропорционно жесткостям (рис. 3, а). При некачественной сварке может произойти разрушение швов, тогда опора становится шарнирно-подвижной и вся горизонтальная нагрузка воспринимается только одной колонной, на которую последняя не рассчитана (рис. 3, б). В совокупности с другими дефектами это может привести к разрушению перегруженной колонны и, как минимум, - к образованию в ней больших поперечных трещин, к постоянному выходу из строя крановых путей, образованию трещин в стенах и т.п. В значительной степени приведенные рассуждения относятся и к ригелям многоэтажных каркасных зданий. Кроме того, в тех случаях, когда не предусмотрены вертикальные связи по торцам стропильных конструкций, сварные швы удерживают последние от опрокидывания при воздействии горизонтальных усилий продольного направления (рис. 3,в, вид с торца балки). 1.4. Что произойдет, если при монтаже ребристых плит покрытия (перекрытия) приварить не три, а две опорные закладные детали? Приварка каждой плиты в трех точках образует геометрически неизменяемую фигуру - треугольник, а в совокупности - жесткий диск покрытия (перекрытия), который вовлекает в совместную работу при действии горизонтальных сил Т все колонны (рис. 4, а, вид в плане). Работа каждой плиты в горизонтальной плоскости напоминает работу консоли, воспринимающей часть силы Т (рис. 4, б). Если приваривать только две закладные детали, то каждая плита в горизонтальной плоскости может свободно поворачиваться (рис. 4, в), жесткого диска не будет и сила Т станет восприниматься колоннами только одной плоской рамы (рис. 4, г). В результате, усилия в этих колоннах резко возрастут по сравнению с расчетными (если в расчете учитывалась пространственная работа каркаса), что может привести не только к появлению больших трещин, но и к разрушению колонн. Даже если этого не произойдет, отсутствие жесткого диска, пусть и на отдельных участках, приведет к преждевременному износу колонн, разрушению кровли, а в многоэтажных зданиях также к разрушению полов. В многоэтажных каркасных зданиях связевого или рамно-связевого типов жесткие диски перекрытий играют похожую, но несколько иную роль (см. вопрос 1.6). 1.5. Что произойдет, если швы между ребристыми плитами покрытия некачественно заделать раствором? При некачественной заделке в швах образуются щели, через которые теплый воздух из помещения проникает в утеплитель и, если кровля совмещенная (невентилируемая), конденсируется под цементной стяжкой или под водоизоляционным ковром. В результате этого происходит систематическое замачивание утеплителя, он теряет свои теплозащитные свойства, кровля промерзает, а бетон плит покрытия подвергается морозному разрушению. Кроме того, швы способствуют повышению жесткости диска покрытия за счет сил сцепления между раствором замоноличивания и боковыми поверхностями плит. Поэтому качественная заделка швов — вовсе не прихоть проектировщиков. 1.6. Что произойдет, если швы между пустотными плитами перекрытий некачественно заделать раствором? На боковых поверхностях пустотных плит имеются круглые углубления, которые при заделке швов заполняются раствором и образуют шпонки, препятствующие взаимному смещению плит не только в вертикальной, но и в горизонтальной плоскости (рис. 5, а, вид в плане). Благодаря шпонкам, перекрытие представляет собой горизонтальный жёсткий диск, т. е. как бы непрерывную монолитную плиту. Например, в связевых каркасах ветровая нагрузка через жесткие диски передается с колонн на вертикальные связи или диафрагмы жесткости (рис. 5, б). Это позволяет резко уменьшить горизонтальные перемещения колонн Δ1 и освободить их от восприятия горизонтальных нагрузок, брушение сооружений происходит в основном по двум схемам: либо с постепенным накоплением напряжений и деформаций и последующим обрушением несущих конструкций, либо быстротечно (прогрессирующее обрушение) при возможно даже кратковременном, но существенном перегрузе важного несущего элемента конструкций. Здания и сооружения должны находиться под постоянным наблюдением инженерно-технического персонала, ответственного за сохранность соответствующих объектов. С этой целью проводятся периодические технические осмотры. Осмотры могут быть общими и частными. Как правило, очередные общие технические осмотры зданий производятся два раза в год - весной и осенью. Статистика показывает, что 90% аварий и обрушений происходит в ранние утренние часы, при смене воздушных масс. Специалисты считают, что обрушения зданий вскоре станут для России обычным явлением. Только в столице представляют опасность сотни зданий, в которых до сих пор собираются тысячи человек. По данным специалистов, потенциально опасными могут быть все здания, построенные по индивидуальным проектам - особенно большепролетные (крытые рынки, катки, стадионы, бассейны, аквапарки, цирки, концертные залы) и возведенные в 1950-1970 годы. Что касается жилого фонда, то опасными могут быть знаменитые пятиэтажки (блочные и панельные дома без балконов или «на ножках»), а также здания из жилых серий массового строительства с неполным каркасом. В межсезонье, особенно в течение самого снежного месяца года, февраля, да еще при резких перепадах температуры риск обрушения таких зданий повышается в несколько раз. Эти здания были рассчитаны на 25 лет эксплуатации, а простояли уже более сорока. По статистике, ошибки в проектировании становятся причиной инцидентов в 20-25% случаев, столько же приходится на ошибки строителей, остальное происходит из-за неправильной эксплуатации строений. Причинами внезапных обрушений также могут быть: взрыв или механический удар; метеорологические катастрофы в виде ураганов, смерчей, наводнений. Здание с ослабленной конструкцией рушится обычно в результате внешнего воздействия (смещение грунта, врезавшийся в здание автомобиль, забивание свай по соседству, и т. п.). Под аварией при строительстве обычно понимают серьезное повреждение или разрушение строящегося сооружения или его части, конструкций рядом расположен- ных зданий и коммуникаций. В случае аварии в конструкциях зданий и сооружений возникают предельные состояния I группы, т.е. нарушается их прочность или устойчи- вость. Аварии при устройстве котлованов связаны помимо этого с наступлением предельного состояния в некоторых облас- тях примыкающего грунтового массива. Под аварийной ситуацией понимаются создавшиеся в процессе строительства отклонения от проекта или результатов прогноза, которые требуют вмешательства в производство работ и в противном случае могут привести к аварии. Аварийные ситуа- ции связаны, как правило, со значительными непрогнозированными деформациями ограждений котлованов или их элементов, окружающих зданий, сооружений и комму- никаций, т.е. с возникновением предельных состояний II группыПричины, вызывающие аварии зданий и сооружений, могут возникать на любом из этапов их создания, начиная с инженерно- геологических изысканий и заканчивая процессом эксплуатации. Анализ комплекса причин, наиболее часто приводящих к авариям при строительстве глубоких котло- ванов, позволяет выделить из них следую- щие большие группы: - Ошибки и просчеты при выполнении инженерно-геологических и других видов изысканий; - Ошибки при проектировании, которые могут допускать как геотехники, анализи- рующие взаимодействие конструкций с грунтовым массивом, так и конструкторы, определяющие параметры конструктивных элементов; - Некачественное выполнение работ, не- соблюдение при строительстве проектных параметров, использование материалов и технологий, не соответствующих проекту; - Нарушения ПОС, несоблюдение преду- смотренной проектом последовательности производства работ; - Ошибки в управлении проектом, отсут- ствие надлежащего контроля качества, недостаточный мониторинг, плохое взаимо- действие с проектировщиком в процессе строительства, несоблюдение сроков строи- тельства; - Неправильная эксплуатация; - Форс-мажорные причины, связанные с воздействиями, непредусмотренными строи- тельными нормами и правилами, природного и техногенного характера. Помимо форс-мажорных обстоятельств, которые не могут быть заранее предвидены и подвергнуты анализу, остальные причины возникновения аварийных ситуаций связаны с человеческим фактором, т.е. носят субъек- тивный характер. Ошибки человека могут быть обусловлены следующими обстоятель- ствами: - недостатком информации или ее непра- вильной интерпретацией; - отсутствием достаточного опыта и не- обходимой квалификации; - неудовлетворительной организацией трудового процесса; - желанием сэкономить средства и время; - необходимостью выполнения своих обязанностей в условиях дефицита времени; - отсутствием апробированных методик анализа; - отсутствием критического подхода и пессимистических оценок; - нежеланием обсуждать дискуссионные вопросы, недостаточной публичностью. К серьезным авариям котлованов приво- дит обычно комплекс причин, друг с другом связанных и вытекающих одна из другой. Так недостатки инженерно-геологических изысканий неминуемо влекут за собой ошибки при проектировании, а ошибки в управлении проектами всегда приводят к снижению качества работ. Рассмотрим на конкретных примерах аварийных ситуаций, произошедших за последние годы в России и за рубежом, наиболее характерные и повто- ряемые составляющие причин обрушений или сверхнормативных деформаций ограж- дений глубоких котловановКогда случается крупная авария, к кото- рой приводит, как правило, не один, а целый ряд факторов, встает закономерный вопрос – какой же из факторов явился ключевым? Что должно было быть сделано для ее предот- вращения? На каком из этапов уже невоз- можно было избежать аварии? В процессе технического расследования причин аварийных ситуаций подрядчик обычно доказывает, что проектные решения были не достаточно надежны, проектиров- щик, наоборот, утверждает – причиной послужили отклонения от проекта. К ошибкам проекта, допущенным при конструировании распорной системы в котловане, комиссия по расследованию причин аварии отнесла (Magnus и др., 2005): - Отсутствие в чертежах части концевых раскосов, которые учитывались в расчетах и должны были распределять продольные усилия в распорках; - Недостаточную прочность узлов при- мыкания распорок к обвязочным поясам (рис. 23) в два раза ниже требуемой расче- том; - Замену ребер жесткости в узлах примы- кания на С-образные вставки, приведшую к их хрупкому разрушению; - Прерывистый характер обвязочных поясов на искривленных участках стены в грунте. Перед началом аварии были отмечены также вертикальные деформации подъема промежуточных стоек, связанные с ростом избыточных поровых давлений в основании котлована. Подъем стоек мог привести к дополнительному продольно-поперечному изгибу распорок, что еще более снижало их несущую способность. В качестве дополнительных факторов, способствовавших аварии, комиссией были отмечены: - Задержка в установке 10-яруса распо- рок; Рис. 23. Выгиб ребра жесткости и опорной части в месте примыкания распорки к обвязочному поясу до случившейся аварии (Nicholson, 2005) - Недостаточное заглубление стены в грунте и промежуточных опор, связанное с ошибками при моделировании; - Высоковольтный кабель, пересекавший котлован, явился причиной локального ослабления распорной системы; - Наличие погребенного канала в основа- нии не было в достаточной мере учтено при проектировании; - Нижняя грунтоцементная плита была выполнена тоньше, чем по проекту; - Мониторинг на площадке выполнялся в недостаточном объеме; - Контроль качества строительства на площадке был неудовлетворительным. Серьезные претензии предъявлялись к организации управления строительством. Несмотря на явные и видимые признаки проявления аварийной ситуации строитель- ство не было остановлено, не была сделана попытка выполнить обратный расчет конст- рукции, проектное решение не обсуждалось с независимыми экспертами и не подверга- лось критическому анализу. Одним из источников непредвиденных воздействий, как уже было показано, могут являться подземные водонесущие коммуни- кации, расположенные рядом с границами котлованов. Наибольшую угрозу для под- земного строительства представляют собой напорные сети. Утечки из коммуникаций могут быть связаны не только с их деформа- циями в процессе устройства котлованов, но также с их общим ветхим состоянием, просадками, вызванными суффозией, и иными причинами. При строительстве котлованов в россий- ских условиях определенные неприятности, несомненно, могут быть вызваны темпера- турно-климатическими воздействиями. С резкими сезонными и суточными перепада- ми температур на территории нашей страны, конечно, необходимо считаться. При проек- тировании котлованов об этом часто забы- вают, считая ограждение и распорки вре- менными конструкциями, на которые не распространяются требования строительных норм и правил относительно учета темпера- турных воздействий в основных сочетаниях нагрузок для расчета достаточно протяжен- ных сооружений. В настоящее время котло- ваны, устраиваемые в России, достигают гигантских размеров в плане, а их устройст- во может продолжаться не один сезон. В связи с этим температурные перепады обязаны учитываться. Многие публикации, посвященные мониторингу ограждений котлованов, приводят результаты измерений влияния температуры на усилия в распорках. Отрицательные зимние температуры опасны также тем, что при промерзании подпорных конструкций, устроенных в пучинистых грунтах, происходит увеличение давления и, соответственно, внутренних усилий в конст- рукциях. Ненадлежащее качество выполнения строительных работ при устройстве котло- ванов является прямой причиной значитель- ного количества аварийных и предаварий- ных ситуаций. Как показывает анализ стати- стики аварийных ситуаций в России, пре- имущественно имевших IV категорию, более чем в 50% случаев их основной причиной становилось низкое качество работ или отступления от проекта в процессе строи- тельства (Колыбин, 2005). Назовем самые типичные из них. Погрешности и ошибки при производстве работ можно разделить на следующие большие группы: - Несоблюдение геометрических пара- метров, требуемых проектом; - Использование материалов или конст- руктивных элементов, несоответствующих требованиям проекта; - Низкое качество монтажа элементов, выполнения узлов, несоблюдение техноло- гических требований; - Нарушение предписанной последова- тельности выполнения работ, несоблюдение требований проекта организации строитель- ства. Наиболее характерными нарушениями, относящимися к первой группе, являются: отклонение от вертикали при изготовлении ограждения котлована (рис. 48); несовпаде- ние фактической глубины ограждения и проектной (рис. 49); избыточная экскавация грунта в котловане. О последствиях чрез- мерной разработки грунтовых берм уже говорилось ранее. Сверхпроектное переуг- лубление котлована в Японии привело к гибели пяти человек при обрушении ограж- дения берлинского типа в результате недос- таточной заделки в грунт подошвы стены (Toyosawa и др., 1996). В желании сэкономить недобросовестные подрядчики иногда стремятся использовать бетон более низкой марки, трубы иного диаметра, прокат другого сортамента, нежели заложено в проекте. Распространен- ными в России стали попытки использовать для устройства элементов распорной систе- мы металлические трубы, бывшие в упот- реблении и уже имеющие поперечные деформации. Противостоять этому должен хорошо организованный технический и авторский надзор на площадке строительст- ва. Обеспечение надежности конструкций узлов элементов распорных систем, как было показано в предыдущих разделах, является чрезвычайно важным для избежа- ния аварийных случаев. С этой точки зрения жесткому контролю должны подвергаться сварные узлы соединения металлических распорок, их связей и обвязочных поясов (рис. 50). Должно обеспечиваться плотное примыкание опорных узлов распорок к обвязочным поясам и закладным деталям. Обвязочные пояса должны быть замкнуты в соответствии с проектом. Рис. 48. Отклонение элемента ограждения от вертикали. Рис. 49. Сваи ограждения не доведены до проект- ной отметки, что вызвало аварию (website). Рис. 50. Дефектный узел раскрепления распорки. При выполнении земляных работ в кот- ловане подрядчик практически всегда заин- тересован закончить работы как можно быстрее и как можно более комфортно. Нужно также обратить внимание на то, что земляные работы обычно выполняют иные фирмы, чем те, что заняты устройством ограждений котлованов. Сотрудники Причины разрушения зданий Дождь и стекающая по стенам вода уносят с поверхности фасада здания частицы кирпича, камня, строительного раствора и бетона. Если при этом в дождевой воде растворены химические вещества, образующиеся в промзонах и в выхлопных газах автомобилей — окислы серы и азота, фосфора и даже обычная углекислота (кислотные дожди), то ущерб, наносимый поверхности материала возрастает многократно. Однако вода способна разрушать камень еще одним способом. Как и прочие материалы, камень способен впитывать воду, что сопровождается его набуханием. Все камни, конечно, набухают по-разному: например, пористый строительный раствор и кирпич впитывают много воды и сильно набухают, а гранит, практически не впитывает воду. В результате на границе между двумя разными строительными материалами, а иногда и между зернами одного и того же строительного материала возникают огромные напряжения, что приводит к образованию трещин. При этом, конечно, свою роль играют и перепады температур, при которых все материалы расширяются и сжимаются по-разному. В солнечную погоду, например, температура темной гранитной поверхности легко достигает 70°С, а температура раствора, которым гранитная плита приклеена к стене, составляет около 30°С. Различное температурное расширение создает напряжение в камне, а в присутствии влаги, находящейся в швах, этот эффект существенно усиливается. Все это приводит к откалыванию облицовок. Размораживание Размораживание строительного камня может происходить даже в сухую морозную погоду. Сам по себе сухой камень практически нечувствителен к морозу. Однако представьте себе следующее: температура в квартире +20°С, относительная влажность 50% (комфортная), что соответствует содержанию влаги в воздухе 8,65 г/м3. На улице в это время: температура -10°С, относительная влажность 80%, т.е. влаги в воздухе около 1 г/м3. Естественно, что вода будет стремиться изнутри здания наружу. Но она не достигнет поверхности, т.к. сконденсируется и замерзнет в 2..3 см от нее. Кристаллы льда разорвут камень и возникнут трещины, параллельные поверхности облицовки. Пример: хорошо знакомые многим обколотые облицовочные пустотелые кирпичи. Это явление усиливается, если здание облицовано непаропроницаемым материалом, затрудняющим испарение влаги с поверхности, например, глазурованной плиткой или гранитом, или окрашено пленкообразующей краской. Итог: твердые покрытия отрываются, пленочные покрытия трескаются и отшелушиваются. Принципиально важна не только влагоемкость материала, но и способность собирать и отдавать (испарять) влагу. Например, внутри необработанного бетона вне зависимости от температуры конденсация воды из воздуха начинается уже при 75% относительной влажности. Испарение же ее затруднено и при морозе внутри образуются кристаллы льда, разрывающие камень. При теплой погоде конденсация влаги, кроме того, создает среду для размножения микроорганизмов. Вред соли Минеральные соли могут проникать вглубь материала либо с поднимающейся по капиллярам влагой из грунта, либо вместе с впитывающейся с поверхности водой. В развитых странах они образуются также при чистке поверхности зданий и санировании. Кристаллы соли разрушают структуру окружающего материала, что приводит к шелушению и отслаиванию краски и штукатурки и эрозии камня. Кроме того, поднимаясь по порам фундамента вместе с грунтовой влагой, они выступают на поверхности в виде корки, под которой также идут разрушительные процессы. Плесени, лишайники, микроводоросли Они опасны в первую очередь кислотными выделениями продуктов своей жизнедеятельности. Биологическое разрушение — главный механизм старения древесины. Ошибки при ремонте: если не вся зона выветривания обработана специальными закрепителями камня, то может быть спровоцирована усиленная эрозия необработанных, а затем и обработанных участков; нельзя комбинировать новые щелочные (цементные, известковые) строительные материалы для ремонта старых, нейтрализовавшихся кислотой воздуха, строительных деталей, подвергающихся воздействию влажности; нельзя встраивать стальные детали в фасады без дополнительной антикоррозийной защиты, т.к. образующаяся ржавчина, занимая значительно больший объем, расколет окружающий материал. Сталь применима только в сильно щелочной среде (бетон, свежий известковый раствор). Ошибки при строительстве: укладка слоистого природного камня слоями параллельно поверхности фасада — гарантия растрескивания фасада; некачественная гидроизоляция фундамента (обычное явление) приводит к капиллярному подъему влаги на значительную высоту; применение несовместимых материалов, что может вызвать не только порчу окраски, но и растрескивание массы материала. Защитные материалы Для защиты строительных материалов от сырости применяются два принципиально разных типа материалов: изолирующие материалы; пропиточные материалы. Изолирующие материалы Изолирующие материалы образуют водонепроницаемую пленку или слой на поверхности стены. Пример: битумная гидроизоляция фундамента. В современном строительстве в качестве гидроизоляции часто применяется толстая полиэтиленовая пленка. Недостатки: нарушение целостности слоя резко снижает эффективность гидроизоляции, вплоть до ее полной потери; неприменимость в надземной части здания. т.к. эти «недышащие» материалы усиливают размораживание фасадов, препятствуя удалению влаги из здания. Пропиточные материалы Они представляют собой кремнийорганические соединения: силиконаты, силаны, силоксаны, силиконовые смолы. Это вещества, соединяющие свойства неорганических молекул, родственных кварцу, со свойствами органических молекул, подобных парафину. Отличительная черта этих защитных материалов заключается в том, что они не образуют поверхностных пленок. После обработки минеральных строительных материалов силиконами они полностью или почти полностью теряют способность к водопоглощению. При этом поры в них не закупориваются и они почти не меняют своего паропропускания. Более того, их водоотталкивающие свойства препятствуют образованию жидкой воды в мелких порах, так что даже при высокой влажности и низких температурах вода остается газообразной. Скорость высыхания таких камней возрастает многократно. Соли теряют подвижность, практически исчезает набухание. Простейшие способы нанесения силиконовых пропиток — кистью или набрызгиванием из распылителя. Тем не менее, несмотря на хорошую глубину проникновения в толщу пористых материалов (по известняку, бетону, песчанику составляет до 4...6 см), внешние пропитки не защищают фундаменты от капиллярного поднятия влаги. Для снижения влагопоглощения фундаментов применяют 2 методики: введение силиконовых объемных гидрофобизаторов на стадии изготовления стройматериала; заводская пропитка изготовленных изделий (ячеистого или газобетона, известняка, песчаника, кирпича) путем погружения в гидрофобизирующий раствор. При ремонтных работах приходится прибегать к пропитке фундаментов методом инъекции в шпуры: в стенах сверлятся (почти насквозь) слегка наклонные шпуры, в которые заливается гидрофобизирующая пропитка. Образовавшийся водоотталкивающий слой предохраняет весь фундамент от подъема влаги. Требования к эффекту от пропиток: снижение водопоглощения не менее чем на 70%; снижение паропропускания не более чем на 5%. Срок действия силиконовых средств защиты составляет несколько десятков лет. Они не изменяют глянца, придают водоотталкивающие свойства и устойчивы к ультрафиолетовому излучению. Существующие средства для обработки камня придают ему не только водоотталкивающие, но и маслоотталкивающие свойства, что резко снижает загрязнение поверхности и позволяет бороться с граффити. Особое место среди силиконовых средств защиты зданий занимают краски и штукатурки на основе силиконовых смол, которые обладают прекрасными водо- и грязеотталкивающими свойствами, паропропусканием и необыкновенной долговечностью. Относительно недавняя разработка — силиконовые пропитки для дерева, которые позволяют консервировать его на десятки лет не изменяя внешне. Следует предупредить, что в работе с силиконовыми пропитками много тонкостей и нарушения технологии могут привести к отрицательным результатам. |