ГЛАВА 1. ДЕФОРМАЦИИ ЗДАНИЙ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ВБЛИЗИ НИХ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

1. Природа деформаций зданий и их оснований

Изучение причин аварий и повреждений сооружений позволяет выявить закономерности совместной работы их конструкций и оснований. Знать эти причины должны и изыскатели, и проектировщики, и строители, для того чтобы созданные ими объекты не подвергались в дальнейшем опасным деформациям. Аварии и деформации зданий и сооружений происходят не столько из-за ошибок в инженерных расчетах наземных конструкций, сколько из-за просчетов, допускаемых при проектировании и возведении оснований и фундаментов [1]. Еще в 1570 г. выдающийся итальянский архитектор и строитель Палладио в трактате «Четыре книги об архитектуре» писал, что «из ошибок, происходящих на постройке, наиболее пагубны те, которые касаются фундамента, так как они влекут за собой гибель всего здания и исправляются с величайшим трудом».

Конструкции фундаментов в значительной степени определяются свойствами грунтов основания, поэтому необходимо рассматривать основание, фундамент и наземную конструкцию как единую систему, требующую совместного расчета. При строительстве и эксплуатации сооружения изменяется естественное течение процессов, происходящих в грунтах основания, особенно в слое, залегающем непосредственно под подошвой фундамента (несущий слой), т.е. в наиболее напряженной зоне.

Опыт показывает, что повреждения конструкций или авария здания редко происходят по какой-либо одной причине. Обычно это результат взаимодействия многих факторов, один из которых может играть решающую роль. Установление главной причины деформации здания является довольно сложной задачей, разрешение которой требует от специалиста всестороннего учета работы конструкций здания и его основания, а также тщательного изучения обстоятельств, вызвавших развитие деформаций.

Из рис. 1.1 видно, что почти 50 % всех аварий происходит на объектах, находящихся в стадии строительства, 20 % — на готовых, но не сданных в эксплуатацию объектах, и 9 % — на объектах, эксплуатируемых не более 1 года, т.е. около 80 % деформаций происходит практически до периода эксплуатации (заштрихованная часть рисунка). Поскольку большинство аварий зданий и сооружений связано с фундаментами и основаниями, можно сделать следующие выводы: 1) наиболее опасным является период загружения основания (строительство, монтаж оборудования, приложение полезной нагрузки); 2) со временем по мере стабилизации основания вероятность возникновения аварии уменьшается. Эти положения справедливы для отдельно стоящих зданий и сооружений.

В первые десятилетия после войны расширение городов и промышленных предприятии в нашей стране происходило преимущественно за счет строительства новых кварталов и целых районов (рис. 1.2, а). Однако позднее возникла необходимость в возведении зданий различного типа и назначения в районах старой застройки, что требует обеспечения правильного примыкания новых фундаментов к существующим. В городах все шире осуществляется строительство длинных протяженных зданий, заглубленных или подземных сооружений вблизи существующих зданий (переходов, гаражей-стоянок, складских помещений, каналов для инженерных сетей и т.д.) (рис. 1.2, б). Строительство подземных сооружений большей частью выполняется открытым способом. Примыкание части здания последующей очереди к ранее построенной также должно рассматриваться как возведение нового здания вблизи существующего [6].

Как показывает опыт, устройство новых фундаментов очень часто приводит к появлению в кладке стен ранее построенных зданий трещин, перекосов проемов и лестничных маршей, к сдвигу плит перекрытий и т.п. Так, например, при обследовании сотрудниками Ленинградского инженерно-строительного института в одном из районов Ленинграда 128 домов (вблизи которых были построены новые здания) оказалось, что 80 % из них имеют повреждения различной степени вплоть до аварийных. Неповрежденными оказались в основном те дома, которые были выше новых, а чем выше были новые дома против существующих, тем значительнее оказались повреждения последних (рис. 1.3). Все существующие здания, вблизи которых возводились новые, более высокие (на 4 и больше этажей) сооружения, имели повреждения различной степени, но примерно одного характера. Аналогичное положение отмечалось и в ряде других городов страны. Повреждения конструкций были связаны, главным образом, с силовым воздействием новых зданий на основания существующих.

Различные здания и сооружения неодинаково реагируют на возведение вблизи них новых. Главными причинам этого являются [1, 6, 15, 23, 35, 36]:

• чувствительность конструкции зданий (сооружений) к неравномерным осадкам (определяется конструктивной схемой и техническим состоянием несущих конструкций — зависит от возраста, физического износа);
• инженерно-геологические и гидрогеологические условия (определяются деформируемостью основания);
• технология производства земляных работ.

Практика строительства показывает, что если не учтен хотя бы один из указанных трех основных факторов, то это отрицательно сказывается на состоянии существующих зданий и может привести к нарушению режима работы размещенного в них оборудования, инженерных сетей на участках вводов и др.

Перечисленные отрицательные причины обусловлены следующим:

• технологическими воздействиями на основания и конструкции существующих зданий и сооружений во время производства, строительных работ (нарушение структуры грунта при разработке котлована, нарушение устойчивости несущих слоев основания и откосов котлована, суффозионный вынос частиц грунта, промораживание грунта несущего слоя и др.);
• изменением напряженного состояния существующих зданий и сооружений под действием нагрузки от нового объекта (деформирование нового здания вследствие размещения его на неравномерно уплотненном основании, оседание поверхности земли вокруг новых зданий, неравномерная их осадка, изменение проектных уклонов коммуникаций, отмосток, дорог и др.).

Поэтому проекты возведения новых зданий, не предусматривающие эффективных мер, направленных на предотвращение деформаций конструкций ранее возведенных зданий, не могут быть реализованы на практике и должны расцениваться как недоработанные.

Как показывает анализ [1, 35], причинами большинства возникающих повреждений являются ошибки, допущенные при инженерно-геологическом обосновании проектов. В результате этих ошибок снижается уровень проектов, качество строительства, надежность эксплуатации зданий и сооружений.

Сложные грунтовые, гидрогеологические и климатические условия северо-западного региона страны, особенно Карелии и территории Ленинграда с его пригородными районами, накладывают своеобразный отпечаток на способы ведения строительства при примыкании новых зданий к ранее построенным и требуют от изыскателей, проектировщиков и строителей особого внимания при составлении проектов и выполнении строительных работ.