ГЛАВА 8. ВОССТАНОВЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ, ПОВРЕЖДЕННЫХ В РЕЗУЛЬТАТЕ РАЗВИТИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОСАДКИ ПРИ ЗАСТРОЙКЕ СМЕЖНЫХ УЧАСТКОВ

1. Характеристика повреждений конструкций

Повреждения зданий, вызванные дополнительной осадкой уплотнения, могут образоваться либо в период возведения нового здания (когда оно становится выше существующего на несколько этажей), либо уже после завершения строительства, обычно в первый год эксплуатации [14].

Критерием предельной величины осадки, как уже говорилось, является образование первых повреждений (трещин) в конструкциях существующих зданий. Этот критерий достаточно строг, поскольку появление первых трещин еще не создает реальной угрозы безопасной эксплуатации зданий, хотя и наносит им большой ущерб и способствует ускорению физического износа. Многие здания, являвшиеся объектами наблюдений и исследований ЛИСИ, имели дополнительные осадки, больше допустимых, а повреждения конструкций были аварийными. На рис. 8.1 отражены результаты измерений осадок трех зданий: нового 11-этажного кирпичного жилого дома постройки 1972 г. (II) и двух соседних — четырехэтажного постройки 1937 г. (III) и шестиэтажного постройки 1956  г. (I). Осадка нового дома (по расчету) должна была достигнуть 31 см. Согласно данным наблюдений, начатых в завершающей стадии строительства и продолжающихся в период эксплуатации, осадка достигла 20 см (1983 г.), а полная фактическая осадка оценивается в 36 см [31]. Проект нового здания не содержал каких-либо мер, направленных на защиту конструкций существующих зданий, повреждения образовались еще в период строительства, а при дополнительной осадке (возле линии примыкания), достигшей 7—8 см, здания стали аварийными.

Повреждения стен двух домов старой постройки, между которыми был возведен новый дом
Рис. 8.1. Повреждения стен двух домов старой постройки, между которыми был возведен новый дом
а — план участка, б — разрез нового здания и его основания, в — эпюры измеренных осадок трех зданий (1973—1963 гг ), I—III — номера корпусов, 1 — деформационные марки; 2 — осадочные швы, 3 — участок четырехэтажного здания, получивший аварийные повреждения, разобранный и восстановленный в 1980 г.; 4 — песок пылеватый, 5 — супесь, 6 — суглинок ленточный 7 — глина ленточная, 8 — суглинок, 9 — песок мелкий; 10 — глина моренная, 11 — суглинок моренный, А—Г — участки домов старой постройки, получившие повреждения различной степени развития

Эпюры дополнительной осадки при перемещениях, больше допустимых, приобретают характерный вид, на них нетрудно выявить четыре участка (см. рис. 8.1). В пределах участка А часть существующего здания только наклоняется в сторону нового, в конструкциях повреждений не возникает. Этот участок в приведенном примере находится на расстоянии от линии примыкания более чем 20 м. В пределах участка Б развивается заметный перекос, в кладке перемычек образуются наклонные трещины. В пределах участка В перекос уже достигает 0,01, а конструкции получают аварийные повреждения: наклонные трещины с раскрытием более 10 мм, сдвиг перекрытий и лестничных маршей. Конструкции на участке Г также получают аварийные повреждения: перекос стен меньше, чем на участке В, кладка стен повреждена вертикальными трещинами, которые прослеживаются от подошвы фундаментов до карниза стен (рис. 8.2).

Четырехэтажный кирпичный дом, конструкции которого получили аварийные повреждения в результате застройки соседнего участка
Рис. 8.2. Четырехэтажный кирпичный дом, конструкции которого получили аварийные повреждения в результате застройки соседнего участка

В рассмотренном случае обрушений конструкций удалось избежать, потому что оконные проемы были своевременно заложены кирпичом, а под перекрытия были подведены стойки. Однако в 1978 г. половина секции этого здания была разобрана до обреза фундаментов, затем возведена заново и сдана в эксплуатацию только в 1982 г. Время проведения восстановительного ремонта было определено по данным наблюдений, когда годовое приращение осадки нового здания уменьшилось до 1 см в год.

Сопоставление результатов наблюдений и обследований по данному объекту и другим, аналогичным ему, показывает, что указанные зоны повреждений конструкций по мере развития осадки как бы продвигаются в сторону от нового здания. Если дополнительные осадки малы, то зоны Г и В не образуются, т.е. аварийных повреждений может и не возникнуть.

Имеющиеся данные показывают, что кирпичные дома с продольными несущими стенами на ленточных фундаментах получают аварийные повреждения при дополнительных осадках, превышающих 5—10 см (в зависимости от степени их физического износа). Размер зоны аварийных повреждений зависит от мощности толщи сжимаемых грунтов и локализуется обычно в пределах участка протяженностью от 3 до 20 м, т.е. не выходит за пределы одной половины секции жилого дома, расположенной непосредственно возле линии примыкания.

По иному от влияния дополнительной осадки развиваются повреждения конструкций крупнопанельных и каркасных зданий. У каркасных зданий обычно разрушается кладка ограждающих стен в пределах первого пролета (ближайшего) к новому зданию или первых двух пролетов. Колонны каркаса и перекрытия получают наклон. Колонны в заделке могут получать повреждения. У крупнопанельных зданий с поперечными несущими стенами особенно сильно деформируются наружные (навесные) панели.

Конструкции домов, возведенных на свайных фундаментах, получают опасные дополнительные осадки, если новые (смежные) массивные здания возводятся на естественном основании (см. гл. 6).

Среди наиболее опасных технологических воздействий в ходе выполнения котлованных работ наибольшее значение имеют подкоп существующего фундамента, разработка котлована, огражденного нераскрепленным шпунтом, открытый водоотлив и производство работ в морозный период. Перечисленные воздействия на основания существующих зданий вызывают:

  • выпор грунта из-под подошвы фундаментов, большую осадку наружных стен или колонн;
  • осадку, вызванную отклонением шпунта в сторону разработанного котлована; осадку, вызванную суффозионным выносом частиц грунта из-под фундаментов здания;
  • подъем фундаментов при промораживании грунта силами пучения.

Повреждения конструкций зданий в каждом из перечисленных случаев имеют характерные особенности, но все повреждения проявляются на ранней стадии строительства — при выполнении земляных работ, и обычно прекращают развиваться с остановкой строительных работ. Выявить группу причин повреждений не сложно, поскольку в этот период строительный котлован еще не засыпан.

Подкоп подошвы существующих фундаментов наиболее опасен при наличии слабых глинистых грунтов, он проявляется в форме быстрой просадки стены (или колонны), ближайшей к строительному котловану. При этом стены, направленные перпендикулярно к линии примыкания, получают местные повреждения, а перекрытия сдвигаются. Повреждения локализуются на коротком участке, протяженность которого не превышает 2—5 м.

Повреждения зданий при забивке шпунта и свай возникают весьма быстро, обычно после погружения первых трех—пяти свай или шпунтин, т.е. в течение нескольких часов. Быстрому развитию повреждений способствует вибрация, которую испытывают не только грунты основания, но и конструкции здания. Поэтому при сопоставимых дополнительных осадках забивка свай вызывает наиболее опасные повреждения конструкций. Протяженность зоны наибольших повреждений конструкций зависит от длины погружаемых свай: чем длиннее сваи, тем протяженнее зона повреждений. Аварийные повреждения конструкций обычно локализованы в пределах участка протяженностью 3—6 м (реже 10—12 м). На большем удалении от забиваемых свай, аварийные повреждения нами не отмечались. Подобные данные приводятся и в «Инструкции по забивке свай вблизи зданий и сооружений» ВСН 358-76, где дано несколько конкретных примеров, подтверждающих изложенное.

Отклонение шпунта, ограждающего строительный котлован, приводит к быстрому развитию просадки грунта и повреждениям конструкции, которые распространяются от нижних этажей существующих зданий вверх. В стенах при этом образуются вертикальные трещины, а перекрытия сдвигаются.

Суффозионный вынос частиц грунта при откачивании воды из соседнего котлована приводит к просадке грунта, при этом фундаменты оседают, а ближайшие к котловану наклоняются. Внешне характер повреждений аналогичен повреждениям, возникающим при выдавливании грунта.

К опасным эксплуатационным воздействиям на основания промышленных зданий и сооружений относятся: большие полезные нагрузки и вибрации.

Большие эксплуатационные нагрузки получают фундаменты складов сыпучих материалов, больших емкостей для жидкостей, элеваторов и силосов. Вес полезной нагрузки может в данных случаях превосходить вес строительных конструкций зданий и сооружений, что приводит к развитию дополнительной осадки, большей, чем первоначальная. Поскольку осадки суммируются — последствия могут быть весьма опасными. В принципе такие явления аналогичны описанным выше и связаны с дополнительной осадкой уплотнения.

Наиболее опасны вибрации, вызванные работой мощных компрессоров. В Ленинграде в 1957 г. отмечен случай аварийных повреждений конструкций жилого дома, расположенного примерно в 1000 м от источника колебаний — новой компрессорной завода.

Сотников С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений