Ошибки при проектировании строительных конструкций. Основания и фундаменты

     
     ОШИБКИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

Наиболее часто повреждения сооружений происходят из-за ошибок в проектировании оснований и фундаментов.

Фундаменты представляют собой часть сооружения, расположенного ниже поверхности земли и предназначены для передачи нагрузок от сооружения на основание. Основанием считается массив грунта, воспринимающий передаваемую на него нагрузку от сооружения.

Под воздействием нагрузок от сооружения основание деформируется. Эти деформации вызывают дополнительные усилия в конструкциях самого сооружения. Чем меньше и чем равномернее деформируется основание, тем меньше будут дополнительные усилия в конструкциях самого сооружения.

Старинное правило гласит: не экономить на фундаментах. Дело в том, что ошибки, допущенные при проектировании фундаментов, бывает трудно и дорого исправлять. Кроме того, от надежности фундаментов зависит надежность всех остальных конструкций сооружения.

Основной ошибкой, допускаемой при проектировании, является образование недопустимых деформаций грунта основания, вызывающих повреждения сооружения. Это проявляется в значительных осадках, кренах, сдвигах, появлении трещин в несущих конструкциях, обрушении сооружения.

Другой причиной ошибок, допускаемой проектировщиками, является неправильный выбор конструкции фундамента или неверное заложение подошвы фундамента.

Наиболее опасна неравномерная осадка сооружения.

При равномерной осадке сооружения происходит смещение сооружения по вертикали, что может повлиять только на подводимые к сооружению коммуникации. Известны случаи, когда равномерная осадка сооружения составляла десятки сантиметров и они нормально эксплуатировались. Потребовалось лишь переложить канализационные трубы в связи с тем, что они получили обратный уклон.

Образование неравномерных осадок фундаментов может быть вызвано изменением физических характеристик грунта от его увлажнения, неоднородностью залегающих грунтов под сооружением, значительной разницей напряжений под подошвами фундаментов, пучением грунтов, влиянием напряженного состояния от нагрузки строящихся поблизости сооружений или устройства вблизи котлованов.

Имеют место также ошибки, при которых в ходе проектирования не учитываются происходящие под воздействием внешних причин изменения несущей способности основания.

Такие изменения возникают при увлажнении или размыве грунтовыми водами основания под фундаментом.

Увлажнению грунта способствует плохое решение отвода поверхностных вод, отсутствие отмосток у стен здания. Если водосточные трубы у основания стены здания заканчиваются просто отмётом, то это может привести к местному увлажнению грунта и его просадке. Замачивание просадочных грунтов приводит к неравномерным осадкам фундаментов.

Изменение первоначальных условий вследствие нового строительства или реконструкции сооружения как: удаление земли с прилегающей к объекту поверхности, устройство каналов или котлованов вблизи фундаментов, новых сооружении или возникновение новых динамических нагрузок, например, от движения транспорта, также может привести к повреждениям существующих зданий.

Часто разные фундаменты зданий имеют сильно отличающиеся между собой напряжения на грунт под их подошвой, что обычно вызвано применением в целях унификации фундаментов с одинаковой площадью подошвы. Это приводит к разным осадкам стен и колонн, что вызывает образование трещин в стенах и перекрытиях. Для уменьшения влияния неравномерных осадок целесообразно устраивать замкнутые пояса из армированной кладки на уровне фундаментов и стен.

По этим же причинам представляет опасность использования сохранившихся фундаментов от старых построек наряду с проектируемыми новыми фундаментами.

Часто трещины в стенах здания возникают в результате того, что проектировщики устраивают под какой-то частью здания глубокий подвал и не отделяют эту часть от бесподвальной при помощи осадочного шва.

Решение вопроса о глубине заложения подошвы фундамента должно основываться не только на глубине промерзания грунта и несущей способности грунта под его подошвой, но также и с учётом типа подстилающих слоев грунта, наличия потоков подземных вод, возможности размыва грунта.

Вымывание песчаных грунтов и подсыпок под фундаментами напорными грунтовыми водами могут вызвать недопустимую осадку сооружения.

Следует считаться с процессом уплотнения грунтов. С течением времени происходит уплотнение грунтов, особенно под воздействием вибрационных нагрузок, что приводит к повреждениям примыканий к основным конструкциям.

Так, перегородки в зданиях часто устанавливаются на пол или фундаменты на насыпных грунтах, что приводит к образованию в них трещин. Поэтому возведение перегородок на первом этаже целесообразно выполнять как можно позже, после полного строительства здания, когда в основном произошло затухание осадок фундаментов под капитальными стенами и колоннами.

Многие ошибки допускаются проектировщиками при строительстве на насыпных грунтах. Сложность строительства на них обусловлена тем, что в большинстве случаев насыпные грунты представляют собой неоднородную по составу и по свойствам массу, толщина которой нередко изменяется по простиранию в пределах сооружения.

В Москве на Хорошевском шоссе было построено около 60 двух- и трёхэтажных домов на насыпных грунтах. Толщина насыпных грунтов измерялась от 1 до 12 м, так как это была засыпка старого карьера по добыче песка. Давность отсыпки насыпных грунтов составляла 30 лет. Проектировщики приняли под зданиями систему ленточных фундаментов на песчаной подушке толщиной 80 см. Расчётное сопротивление грунта было принято 1-1,25 кгс/см. Однако для ряда домов конструкции стен зданий были приняты без специального усиления. Те дома, в которых были приняты специальные противоосадочные мероприятия: установлены железобетонные пояса в стенах и принята армированная кладка, не имели повреждений и много лет нормально эксплуатируются, а в зданиях, у которых не были установлены обвязочные пояса, появились трещины в стенах. Трещины имели раскрытие до 5 см. В трех зданиях произошло обрушение оконных перемычек.

При изысканиях под двухэтажное здание котельной на глубине 1,5 м был расположен метровый слой насыпных грунтов, представлявший собой смесь строительного и бытового мусора с включением органических осадков. Ниже повсеместно залегали аллювиальные пески, мелкие и средней крупности, плотные толщиной слоя 5-8 м. В отношении насыпных грунтов в отчёте по инженерно-геологическим изысканиям было отмечено, что основанием фундаментов они служить не могут. Однако несмотря на это в чертежах по привязке подошва плитных фундаментов под котлы и другое оборудование всё-таки устанавливалась на насыпные грунты.

Через год в кирпичной кладке газоходов в местах примыкания к котлам появились трещины с раскрытием до 10 мм, вызванные отрывом просевших на 50 мм фундаментов котлов. Фундаменты насосных агрегатов накренились, а чугунные станины их треснули.

Причиной таких деформаций явилось интенсивное замачивание насыпных грунтов на всю глубину их залегания вследствие утечек из водоводов. Это повлекло за собой самоуплотнение насыпных грунтов. Просадке грунтов основания способствовало и вибрационное воздействие работающих вблизи котлов плохо отцентрированных насосных агрегатов.