1.3. Деформации фундаментов при изменении свойств основания (ч. 1)

Деформации фундаментов при изменении свойств основания и его недостаточной несущей способности освещены в ряде работ [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и др.]. Основными причинами отказа оснований являются: длительные простои разработанных котлованов, изменение влажностного режима грунтов (в том числе насыщение их химическими растворами), динамические воздействия и др.

Наибольшее количество воды в грунты основания попадает из подземных коммуникаций. Так, поступление воды в грунт из нового водопровода может составлять 15—18 %, а с увеличением срока его эксплуатации этот процент увеличивается [18]. Большую опасность для оснований фундаментов представляют поверхностные воды, отводу которых часто не уделяется должного внимания. Между тем замачивание оснований из поверхностных источников, как правило, приводит к неравномерным деформациям зданий. Особенно опасно замачивание оснований, сложенных структурно неустойчивыми грунтами — просадочными, набухающими, засоленными, пылеватыми и песчаными.

Как показывают наблюдения, в ряде крупных промышленных городов страны отмечается интенсивный подъем уровня грунтовых вод. Например, за период 1965—1977 гг. в Днепропетровске, Запорожье, Херсоне, Ростове-на-Дону и других городах уровень грунтовых вод поднялся на 10—15 м. Причинами этого являются интенсивная застройка территории, нарушающая условия поверхностного стока, утечки из коммуникаций, отстойников, резервуаров, а также подтопление водами вследствие строительства плотин, водохранилищ. В результате названных явлений во многих случаях изменяется несущая способность основания, обусловливая возникновение значительных осадок оснований и деформаций существующих зданий и сооружений. При этом возникает проблема обеспечения нормальных условий эксплуатации зданий и сооружений на обводненных основаниях.

Рассмотрим несколько характерных примеров деформации фундаментов при изменении свойств грунтов основания. При изысканиях под промышленное здание в г. Днепропетровске грунтовые воды не были обнаружены до глубины 30 м. Здание было запроектировано и возведено на коротких (10—12 м) виброштампованных сваях. К моменту сдачи здания в эксплуатацию были зафиксированы значительные осадки с тенденцией нарастания их во времени. Обследованием было установлено, что причиной осадок является подъем уровня грунтовых вод до глубины 14 м. Из-за значительных деформаций здание не было принято в эксплуатацию и потребовалось выполнение дорогостоящих работ по усилению фундаментов колонн залавливаемыми сваями длиной до 30 м.

Представляют интерес данные о неравномерных деформациях оснований фундаментов 10 дымовых труб на Баглейском коксохимическом заводе (рис. 1.3). Трубы высотой 80—100 м возводились в 1951—1958 гг. на фундаментной плите диаметром 18 м и глубиной заложения 7,3 м. Основанием фундаментов являлись лессовые просадочные грунты с толщиной слоя 10—16 м, подстилаемые непросадочными плотными суглинками. В период строительства грунтовые воды не были обнаружены на глубине 20 м.

При эксплуатации дымовых труб были отмечены неравномерные осадки фундаментов, обусловившие значительные крены. Наблюдения за грунтовыми водами установили повышение их уровня в виде куполов, приуроченных к отдельным источникам увлажнения. Скорость повышения уровня составляла 1—1,5 м/год. Источниками замачивания явились тушильная башня со шламоотстойником, канализация, градирни, коммуникации ТЭЦ завода и др. С увеличением зон увлажнения неравномерность осадок фундаментов с течением времени увеличивалась. Наблюдения за развитием кренов велись в течение 20 лет; результаты их представлены в табл. 1.2. Направление кренов совпадает с направлением подъема уровня грунтовых вод.

Таблица 1.2. Крены дымовых труб

№ труб	Абсолютный крен, мм	Относительный крен
1	611	0,006
2	521	0,005
3	1369	0,014
4	878	0,009
5	284	0,003
6	946	0,009
7	555	0,006
8	606	0,006
9	372	0,005
10	1212	0,015

Фундамент трубы №5 был выполнен на основании на всю толщу просадочных грунтов, уплотненном грунтовыми сваями диаметром 400 мм с шагом 1200 мм, устроенными в шахматном порядке. Основание под трубами № 6—8 по кольцевым сечениям вокруг фундамента было упрочнено термическим способом. Как следует из табл. 1.2, все трубы за исключением трубы №5 получили крены более предельного значения, равного 0,005 [19].

Источник

Виды деформаций фундаментов и оснований

Виды деформаций фундаментов и оснований — это:

1. перекос — разность осадок двух соседних фундаментов, отнесенная к расстоянию между ними (характерен для зданий каркасной системы);
2. крен — разность осадок двух крайних точек фундамента, отнесенная к расстоянию между этими точками; характерен для абсолютно жестких сооружений компактной формы в плане;
3. относительный прогиб или перегиб фундамента — отношение стрелы прогиба к длине изогнувшейся части здания или сооружения.
4. закручивание — вращение фундамента вокруг своей оси.
5. сдвиг — горизонтальное смещение от сейсмических и других нагрузок.

Вертикальные деформации оснований зданий и сооружений подразделяются на два вида:

1. осадки — деформации уплотнения грунта под нагрузкой, не сопровождающиеся коренным изменением сложения грунта;
   1. абсолютная осадка отдельного фундамента;
   2. средняя осадка здания или сооружения, определяемая по абсолютным осадкам не менее чем трех его отдельных фундаментов или трех участков общего фундамента;
   3. дополнительная осадка от увлажнения грунтов оснований дождевыми и талыми водами, снижение их несущей способности, отсутствии планировки прилегающей территории, неисправности отмосток, промерзании основания при недостаточной глубине заложения фундаментов, наличии под фундаментами старых, небрежно засыпанных выработок, оползневых и карстовых явлений, увеличении давления на грунт при дополнительной нагрузке фундаментов (установка более тяжелого оборудования, надстройка зданий и т.д.), динамических воздействий ударного или вибрирующего оборудования на фундаменты и основания при водонасыщенных песчаных грунтах, неисправности сетей водопровода, канализации, теплофикации, утечки из них воды и, как следствие, чрезмерное увлажнение или размыв грунта оснований, утечки под фундаменты агрессивных производственных сточных вод из неисправных сетей канализации и других факторов.
2. просадки — деформации провального характера, вызываемые коренным изменением сложения грунта (уплотнением лёссовидных грунтов при их замачивании, уплотнением песчаных грунтов рыхлого сложения при динамических воздействиях, выпиранием грунта из-под подошвы фундамента, оттаиванием мерзлых грунтов и т.д.).

Теории расчётов осадок фундаментов

Для вычисления расчётных осадок фундаментов зданий и сооружений выбирают расчётную схему основания исходя из характера напластования грунтов, конструктивных особенностей сооружения и размеров фундамента. Существует более двухсот методов (теорий) расчёта деформаций оснований, все они имеют свои достоинства и недостатки, как правило, вот некоторые из них:

1. метод линейно деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи H_с;
2. метод линейно деформируемого слоя конечной толщины (Егорова К.Е.), применяется в следующих случаях:
   1. если в пределах сжимаемой толщины Hс, определенной как для линейно деформируемого полупространства, залегает слой грунта с модулем деформации Е₁ ≥ 100 МПа и толщиной h₁ ≥ H_с (1 — (Е₂/Е₁)^1/3), где Е₂ – модуль деформации подстилающего слоя грунта с модулем Е₁ (пп. 7, 8 [4]);
   2. ширина (диаметр) фундамента b ≥ 10 м и модуль деформации грунтов основания Е₁ ≥ 10 МПа.

Примечание. По схеме линейно деформируемого пространства осадка фундамента может быть определена и методом эквивалентного слоя по Цытовичу

1. метод эквивалентного слоя грунта (Цытовича Н.А.)
2. метод послойного суммирования — точность прогноза осадок понижается с увеличением площади фундаментов и глубины отрываемого котлована

Источник

Виды деформаций фундаментов

Основа любого здания — фундамент. Ошибки в проекте, природные факторы или недобросовестность подрядчиков часто приводят к его деформации, последствия которой исправить сложно, а иногда и невозможно. Процесс восстановления требует серьезных материальных вложений и профессиональных знаний.

Какими бывают деформации фундаментов

В зависимости от процессов, протекающих внутри — в самом фундаменте и снаружи — в почве, выделяют следующие типы деформаций:

Перекос. Может возникнуть, как результат неравномерных осадок, двух соседних фундаментов. Характерен для зданий каркасной системы.

Крен может произойти с высотным зданием при его высокой изгибной жёсткости. Возникает такая деформация вследствие неравномерного проседания почвы и характеризуется разными её уровнями в крайних точках основания здания. Если величина крена растёт, то это грозит полным разрушением строения.

Прогиб. Такая деформация фундамента возникает в домах, которые не обладают высокой жёсткостью. Чем выше жёсткость, тем меньше значение прогиба. Характерными признаками таких изменений в фундаменте являются трещины, которые похожи на перевёрнутую букву Y.

Осадка – это вид деформации, характеризующийся вертикальным смещением грунта под подошвой фундамента, происходящий при уплотнении грунта. Такая проблема может произойти в результате увеличения нагрузки самим зданием либо рядом стоящими сооружениями. Структура грунта при этом не изменяется.

Просадка. По своей сути — это та же осадка, но с изменением структуры грунта под действием дополнительных факторов, например, грунтовых вод. Характеризуют просадку вертикальные трещины, которые кверху расширяются. Их начало указывает на место изгиба. Такое нарушение основания строения вызвано, обычно, естественными процессами, происходящими в грунте.

Признаки, указывающие на изменения в фундаменте

Если вами замечены следующие изменения в здании, то это является поводом для вызова специалиста, который сможет провести оценку состояния фундамента и степень необходимости проведения ремонтных работ.

• Появились сложности при открывании и закрывании окон и дверей;
• Образуются трещины на стенах;
• Подтопление подвальных помещений;
• Изменения в лестницах и стенах, видимые глазом.

Причины, провоцирующие деформацию фундамента

Среди причин, которые могут привести к разрушению фундамента, можно выделить основные:

• Изменение конструкции самого строения. Например, постройка дополнительного этажа. Результатом такой модернизации может стать осадка;
• Проведение строительства рядом с исследуемым зданием других сооружений. Следствием различной нагрузки на грунт может стать крен или перекос здания;
• Несоответствующая подготовка почвы под новый фундамент;
• Некачественный состав цемента, который может стать причиной прогиба готового основания;
• Отсутствие слоя гидроизоляции или её неправильный монтаж;
• Неверно выбраны материалы либо их низкое качество;
• Ошибки в проекте или неверный расчёт глубины фундамента. Несоблюдение правил его возведения;

Но, несмотря на множество причин, провоцирующих деформации, на первом месте стоит вода.

• Влага за счёт пористой структуры цемента, находит себе дорогу внутрь фундамента, где планомерно ведёт свою разрушающую деятельность. Превращаясь в лёд в холодное время года, она расширяет поры цемента;
• Грунтовые воды могут изменять свой уровень или увеличивать объём. Это приводит к изменениям состава почвы, что провоцирует просадку строений.

В зависимости от причин, вызывающих разрушение фундамента можно судить о том, можно ли устранить последствия самостоятельно либо придётся вызывать специалистов. Кроме того, некоторые деформации не подлежат восстановлению совсем.

Источник

Виды деформаций зданий и сооружений

Прогноз величины деформаций оснований на стадии проектирования сооружения позволяет выбрать наиболее правильные конструктивные решения фундаментов и надземных частей зданий и сооружений. Осадки оснований оказывают решающее влияние на прочность и устойчивость подземных конструкций.

Осадкой называется медленная и сравнительно небольшая деформация , происходящая в результате уплотнения грунта под действием нагрузок и сопротивляющаяся коренным изменениям его структуры.

При равномерных осадках основания подошва фундамента в любой моент времени опускается на одинаковую величину. Такие осадки не вызывают перераспределения усилий в конструкциях, но затрудняют нормальную эксплуатацию.

При неравномерных осадках основания подошва фундамента опускается на разную величину, вызывая перераспределение усилий и деформаций в надземных частях зданий и сооружений. Такие осадки ухудшают эксплуатацию оборудования, изменяют условия устойчивости сооружений, вызывают перенапряжения в отдельных конструкциях и элементах.

В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости здания или сооружения возникают следующие виды деформаций.

Прогиб и выгиб возникают в протяженных зданиях и сооружениях , не обладающих большей жесткостью.

В случае развития прогиба ( рис. 7.1,а ) наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части здания или сооружения, выгибе (см. рис. 7.1,6), — наоборот, в верхней части сооружения.

Рис. 7.1. Схема прогиба (а) и выгиба (б) сооружения

Относительный прогиб или выгиб (ƒ/L) здания или сооружения оценивается отношением стрелы прогиба или выгиба к длине прогнувшейся части здания и кривизной изгибаемого участка ( рис. 7.2 ) и определяется по формуле (по пособию к СНиП, 1986; СНиП 2.02.01—83):

7.1.

где S1 и S3 — осадки в краях фундамента; S2 — наибольшая или наименьшая осадка фундамента; L — длина фундамента.

Рис. 7.2. Относительный прогиб или выгиб сооружения

Крен (наклон) — поворот фундамента относительно горизонтальной оси, проявляющийся при несимметричной загрузке основания. Наибольшую опасность данный вид деформации представляет для высоких сооружений — дымовых труб, узких зданий повышенной этажности и др., т.е. характерен для жестких сооружений.

Крен рассматривается как разность абсолютных осадок двух точек фундаментов, отнесенных к расстоянию между ними ( рис. 7.3 ), и определяется по формуле

(7.2)

где S1 и S2 — осадки крайних точек сплошного фундамента или двух фундаментов.

Рис. 7.3. Крен сооружения

Перекос зданий и сооружений характерен при резком проявлении неравномерности осадок на участке небольшой протяженности при сохранении относительной вертикальности несущих конструкций ( рис. 7.4 ).

Кручение возникает при неодинаковом крене здания или сооружения по длине, при этом происходит развитие крена в двух сечениях сооружения в разные стороны ( рис. 7.5 ).
Горизонтальные перемещения фундаментов зданий или сооружений возникают при действии на основания горизонтальных нагрузок ( рис. 7.6 ). Например, устои мостов (рис. 7.6,а), гидротехнические сооружения (рис.7.6,б), они возможны при развитии оползней и при выполнении подземных выработок.

Рис. 7.4. Перекос сооружения

Рис. 7.5. Кручение сооружения

Рис. 7.6. Схема горизонтального перемещения устоя моста (а) и гидротехнического сооружения (б)

Источник