Основные виды и причины повреждения оснований, зданий, сооружений и их элементов

29.06.2016

Следует иметь в виду, что любые деформации и повреждения ведут к снижению несущей способности и эксплуатационных свойств зданий и сооружений. Дефекты и повреждения возникают вследствие: ошибок проектирования, включая изыскания; дефектов изготовления, т.е. нарушений, полученных при изготовлении на заводах и предприятиях; дефектов транспортирования и складирования; дефектов монтажа и подготовки оснований, т.е. нарушений при выполнении работ непосредственно на строительной площадке; повреждений от непредвиденных эксплуатационных и особых, в том числе сейсмических, воздействий.
Ошибки проектирования возникают из-за несоблюдения требований нормативных документов; несовершенства действовавших в период проектирования документов; принятия расчетных схем, в том числе упрощенных, не учитывающих действительную работу конструкций; неправильного учета нагрузок, действующих на конструкции; принятия несовершенных конструктивных решений; недооценки степени агрессивного воздействия среды и выбора неудовлетворительных защитных покрытий.
Применительно к основаниям и фундаментам к основным ошибкам, допускаемым при изыканиях, относятся: недостаточное определение состава и однородности грунтов; отсутствие сведений о местных ослаблениях грунта; неподтверждение данных об уровне грунтовых вод. Отдельные или несколько из указанных причин часто приводят к потере зданием и сооружением пространственной жесткости или устойчивости, к нарушению связей между несущими конструкциями, а каждая из ошибок - к повреждению или разрушению отдельных несущих элементов.
Основными причинами дефектов изготовления являются:
- применение некачественных или не соответствующих требуемым параметрам составляющих бетона и раствора — цемента, щебня, песка, воды, различных добавок, а также марок стали, арматуры, камня;
- нарушение технологии приготовления бетонной смеси и раствора - неправильное дозирование составляющих, особенно в отношении цемента и воды, плохое перемешивание смеси; расслоение бетонной смеси и утечка цементного молока после транспортировки бетона на большое расстояние неприспособленным для этого транспортом;
- нарушение технологии режима пропарки, увлажнения бетона или его укрытия в жаркое время года и прогрева или укрытия при отрицательных температурах, вымывание цементного молока и т.п.;
- замена стали арматуры в бетоне другими по классу или марке, не снижающими несущей способности, но влияющими на свариваемость, хрупкость, хладоломкость или коррозионную стойкость, а также применение пораженной коррозией стали и арматуры, некондиционного камня и кирпича;
- нарушение в технологии изготовления, особенно предварительно напряженных железобетонных конструкций;
- несоответствие размеров и недостаточная жесткость опалубок и форм при изготовлении панелей, блоков, плит, балок;
- нарушение в нанесении защитных покрытий.
Применительно к материалам несущих конструкций можно выделить следующие характерные дефекты, влияющие на их несущую способность, долговечность и эксплуатационные свойства.
Основные дефекты, характерные для железобетонных конструкций, следующие: трещины в бетоне: нормальные и наклонные к продольной оси элемента по всей высоте сечения или части его, продольные в местах изменения сечений элементов, продольные в зоне анкеровки стержней, в том числе предварительно напрягаемых, различного направления в средней части сечения от температурных воздействий; отслоение защитного слоя бетона, чаще в растянутой зоне, нередко с обнажением стержней и нарушением сцепления арматуры с бетоном; раковины, сколы, каверны как в растянутой, так и в сжатой зонах, в местах анкеровки напрягаемой арматуры, под закладными деталями; нарушение сцепления арматуры с бетоном, часто с поражением арматуры коррозией;нарушение сцепления нового бетона с ранее уложенным, коррозия бетона с изменением его цвета, выкрошиванием, шелушением, замасливанием; повреждение в арматуре и закладных деталях, включая полное разрушение растянутых стержней, в поперечной и конструктивной арматуре; смещение арматуры от проектного положения, включая искривление стержней и перекосы соединительных элементов; несоответствие сечения арматуры с площадью, размещением и классом стали, включая предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение, ударную вязкость и химический состав; несоблюдение конструктивных требований и виде устройства крюков на концах гладких стержней, достаточной глубины анкеровки закладных деталей и нахлестки рабочих стержней, установки поперечной арматуры и других анкерных устройств на концах предварительно напрягаемых элементов; нарушения при выполнении сварных соединений в виде прожогов, наплывов, непроваров, неполномерности шва, а также смещения и перелома свариваемых стержней в стыке; повреждения противокоррозионных покрытий в виде трещин, пузырей, отслоений из-за отклонения толщины от требуемой или замены состава; отклонение размеров и формы элементов от требуемых, в том числе их искривление.
Нередко перечисленные дефекты и повреждения вызываются не одной, а несколькими причинами. Так, причинами образования трещин в конструкции вследствие недостаточной несущей способности или трещиностойкости являются применение загрязненного щебня и песка, недостаточно активного цемента, малого его количества, большого водоцементного отношения, плохого перемешивания и уплотнения смеси, замораживание бетона в раннем возрасте и вымывание цементного молока, а также отклонение от требуемых в характеристиках бетона по прочности на сжатие и растяжение, морозостойкость, водонепроницаемость, несоответствие вяжущего и заполнителей. Преждевременное раскрытие трещин наступает и в результате несоответствия характеристик арматурной стали и недостаточного натяжения предварительно напрягаемой арматуры.
Перечисленные, а также отклонения в размерах и форме элементов приводят к повышенным прогибам и перемещениям.
Причиной возникновения трещин в арматуре и сварных швах, вплоть до разрушения, особенно в элементах, работающих на динамические воздействия и при отрицательных температурах, является применение арматуры, которая имеет более низкие механические свойства и обладает повышенной хрупкостью и плохой свариваемостью. Образование наклонных трещин происходит в результате нарушения сцепления арматуры с бетоном в зоне анкеровки, установки в опорной зоне поперечной арматуры большого сечения с соответствующим увеличением ее шага, возрастания шага стержней поперечной арматуры, расположения отгибов продольной арматуры в непроектных местах, уменьшения длины анкеровки растянутой арматуры; чрезмерной податливости анкерных устройств предварительно напряженных конструкций.
Раздавливание бетона наблюдается вследствие применения бетона пониженной прочности, чрезмерного натяжения арматуры, в том числе на бетон, не набравший необходимой прочности. Концентрация арматуры и дефекты анкеровки приводят к снижению трещиностойкости конструкций. Применение бетонной смеси, обладающей повышенной усадкой, вызывает усадочные трещины, что усугубляется отсутствием укрытия или увлажнения бетона в жаркое время года.
При отсутствии надлежащего уплотнения жесткой, неудо-боукладываемой бетонной смеси происходит зависание бетона на арматуре и в местах изменения сечения, что способствует возникновению трещин. Коррозия арматуры приводит к тому, что продукты ее, увеличиваясь в объеме, распирают бетон с образованием трещин вдоль стержней арматуры.
Основные дефекты, характерные для металлических конструкций, следующие: местные вмятины, искривления, пробоины, разрывы; трещины в сварных швах составных конструкций; повреждения отдельных элементов сквозных конструкций; повреждения значительного количества элементов сквозных конструкций; искривления элементов сквозных конструкций.
К наиболее характерным основным дефектам каменных (кирпичных) конструкций относятся: появление трещин и разрушение междуокснных простенков; возникновение трещин и разрушение перемычек над оконными, дверными и другими проемами; образование трещин и разрушение значительных участков стен; появление трещин в местах примыкания одна к другой капитальных стен; отклонение стен от вертикали, вследствие наклона всей стены или выпучивания ее отдельных участков; появление трещин в местах опор балок перекрытия и самих перекрытий.
Дефекты при транспортировании и складировании в основном возникают в результате: динамических воздействий; случайных механических воздействий от ударов подвижным транспортом, о землю и о другие конструкции; транспортирования и складирования конструкций в нерабочем положении, включая непроектное расположение прокладок и фиксирующих устройств.
Дефекты при монтаже возникают при: строповке конструкций в не предусмотренных проектом местах или применении не предусмотренных проектом строповочных приспособлений; перегрузке конструкций строительными материалами и оборудованием при монтаже; механических повреждениях монтажными механизмами и грузами; пробивке в конструкциях непроектных отверстий, гнезд или борозд; нарушении технологии производства сварочных работ, режима сварки, способа сварки, несоответствии марки применяемых электродов; нарушении технологии устройства стыковых соединений, а при производстве бетонных и каменных работ — отсутствии увлажнения или укрытия в летнее время и прогреве в зимнее; нарушении последовательности постановки связей и временных креплений; недостаточном контроле при производстве геодезических работ.
Как и в случае дефектов, полученных конструкциями в процессе изготовления, при монтаже отдельные или совокупность причин могут привести к соответствующим повреждениям. Так, применение не предусмотренных проектом монтажных траверс вызывает появление неучтенных сжимающих усилий, которые, особенно при малом угле наклона строп к продольной оси конструкции в свою очередь приводят к образованию трещин. К таким последствиям приводит и перегрузка покрытий строительными материалами и оборудованием, что влечет за собой образование трещин в растянутых элементах.
Пробивка отверстий, борозд, гнезд уменьшает сжатую часть сечения изгибаемых и внецентренно сжатых элементов, снижая тем самым несущую способность и трещиностойкость конструкции. Нарушение технологии сварки нередко приводит к разрушению сварных швов и последующему образованию трещин. Нарушение последовательности монтажа элементов, несвоевременная постановка связей могут привести к возникновению в конструкциях усилий, превышающих расчетные, и образованию трещин, например, при строповке решетчатых конструкций не в узлах, а в панелях, или когда элементы, работающие на стадии эксплуатации на сжатие или изгиб, вынуждены на стадии монтажа работать на растяжение.
Перенапряжение в отдельных элементах может возникнуть из-за нарушения технологии монтажа, например в колоннах при монтаже поперечных рам каркаса многоэтажного здания без постановки продольных связей (распорок) между рамами.
Вследствие недостаточного геодезического контроля может сместиться центровка и тем самым уменьшится глубина опирания одной конструкции на другую, в результате образуются скалывающие трещины. Отсутствие ухода за кладкой и бетоном в жаркое время года приводит к потере монолитности в кладке, а также к усадке бетона, включая стыки.
Дефекты в основаниях и фундаментах, вызывающие деформации в зданиях. Можно выделить следующие наиболее характерные виды деформаций: прогиб здания; выгиб здания вверх; неравномерный или равномерный перекос части здания; наклон или крен всего здания или его части. Эти деформации сопровождаются повреждениями стен.
Причинами этих деформаций, как правило, являются в случае прогиба здания одной высоты и единой конструктивной схемы — неравномерная сжимаемость грунта, если модуль деформации его в средней части меньше, чем у торцов, или резкое снижение прочности под влиянием влаги при практически однородном, маловлажном лессовом грунте в основании. При прогибе здания трещины сосредоточиваются в области фундамента с расширением к его подошве и затуханием к уровню подоконников и перемычек.
Более опасным по сравнению с прогибом является выгиб здания вверх, при котором трещины раскрываются интенсивнее. Причиной выгиба может быть замачивание лессовых грунтов или оттаивание мерзлых грунтов под торцами здания. Трещины сосредотачиваются в верхней части стен (карнизной), и возможны потеря пространственных связей и разлом здания. Это может происходить в результате перегрузки глухих торцовых стен, которые оказываются как бы подвешенными к ослабленным продольным стенам.
Неравномерный перекос в результате ослабления или потери устойчивости основания, например одной из продольных стен, вызывает как бы скручивание здания. Как неравномерные, так и равномерные перекосы части здания возникают вследствие неравномерного давления на грунт по длине здания или его естественной неоднородности, а также чрезмерного давления на грунт, приводящего к осадке части здания, в том числе из-за неправильной эксплуатации. Для перекоса характерны наклонные в сторону оседания трещины с одинаковым раскрытием по всей высоте здания, включая фундамент. Трещины эти являются результатом действия перезывающих сил.
Наклон или крен всего здания характерны для высоких зданий, увеличивая влияние опрокидывающего момента и тем самым способствуя нарастанию крена. Одна из причин крена — влияние горных выработок. Обстоятельством, усугубляющим возникновение указанных дефектов, является влияние динамических воздействий от оборудования и особенно сейсмических сил.
К основным деформациям в теле фундамента относятся: просадки и поперечные трещины; расслоение в продольном направлении; выпадение отдельных камней или участка; разрушение материалов, особенно поверхностного слоя, подверженного воздействию агрессивной среды; повреждения в местах сопряжения свай с ростверком, в результате неправильной забивки свай или соединения их с ростверком; повреждения деревянных свай в связи с изменением уровня грунтовых вод и свай других типов в результате проходки вблизи здания тоннелей, устройства подземных сооружений, коррозии или механических повреждений.
Повреждения от эксплуатационных воздействий, полученные конструкцией в результате нарушения условий нормальной эксплуатации сооружения или технологического оборудования, вызваны чаще всего влиянием агрессивной среды, изменением температурно-влажностного режима, действием повышенных температур, деформациями основания под фундаментом и другими непредвиденными силовыми воздействиями в виде: перегрузки конструкции, складирования материалов, нарушения режима работы технологического оборудования, повышенных динамических нагрузок; влияния агрессивной среды и температурно-влажностного режима вследствие повышенного выделения газов, паров, пыли, попадания кислот, щелочей, масел и нарушений в эксплуатации зданий из-за неисправности кровли, инженерных коммуникаций и др.; деформаций основания, вызванных изменением их физико-механических характеристик в результате замачивания просадочных оснований технологическими, атмосферными и грунтовыми водами, пучения оснований, перегрузки фундамента.