Деформация грунтовых оснований зданий

Изменение свойств основания. Проектирование зданий и сооружений ведется, в основном, из расчета, что грунты основания под фундаментом будут оставаться во время эксплуатации такими - же, какими были при выполнении изыскательных работ. Однако при эксплуатации здания грунты могут подвернуться воздействию, вызывающему изменение их свойств.

Одним из основных факторов, изменяющих свойства грунтов, является их водонасыщение. Обводнение грунтов значительно снижает физико-механические и прочностные характеристики грунтов оснований, а иногда приводит к вымыванию грунта из под фундаментов. Особенно опасно замачивание оснований, сложенных просадочными грунтами. Такие грунты содержат много пор. При замачивании просадочных грунтов поры в грунте замачиваются, смыкаются и грунты под фундаментом проседают.

Весь центр г. Кемерово находиться на просадочных суглинках мощностью 4-6 м. В конце 80-х в начале 90-х годов прошлого века происходило их замачивание техногенными подземными водами и большая часть зданий, опирающихся на ленточные фундаменты, просела, деформировалась и потрескалась, особенно старые постройки (ул. Весенняя, Притомская набережная, здания театра оперетты, главпочтамта, межвузовской поликлиники и др.

Недостаточная несущая способность основания.В данном случае фактическая несущая способность основания, оказывается меньше заложенной проектировщиками в расчетах. Это происходит из-за нечетко выполненных инженерно-геологических изысканий, недостаточного учета фактора снижения несущей способности основания от влияния расположенных вблизи зданий и сооружений, ошибках в расчетах, неточностях в лабораторном определении физических свойств грунтов. В результате после постройки здания происходит просадка грунтового основания, осадка фундамента и деформация конструкций здания.

Иногда инженерно-геологические изыскания для проектирования фундаментов проводятся значительно раньше начала строительства, а к началу производства работ условия на площадке по каким-либо причинам изменяются. В некоторых случаях при инженерно-геологических изысканиях на площадке строительства выполняется недостаточное число геологических выработок, а это при наличии разнородных грунтов на территории строительства приводит к несоответствию действительности положенных в основу расчетов исходных предпосылок.

Изредка случаются неточности и при лабораторных определениях физико-механических и прочностных характеристик грунтов, а также при принятии расчетных схем фундаментов сооружений, определении их несущей способности без натурных испытаний и т. д. Такие недостатки при выполнении проектно-изыскательских работ отрицательно сказываются уже в процессе эксплуатации сооружения и нередко вызывают потребность в усилении фундаментов или укреплении оснований.

Нарушение устойчивости на склонах.При эксплуатации зданий и сооружений, возведенных на склонах или вблизи них, появляется опасность нарушения устойчивости и прочности конструкций из-за возможных оползневых подвижек грунта. При этом деформации сооружений могут произойти как из-за воздействия давления неустойчивых масс грунта непосредственно на конструкции, так и вследствие разрыхления грунта в основании сооружения в результате смещения оползневых масс вниз по склону. Такое движение грунта по наклонной поверхности (проявление оползневого смещения) может начаться по самым различным причинам: превышение сдвигающих над удерживающими силами; обводнение склона и как результат – снижение прочностных характеристик слагающих его грунтов; абразия склона в нижней его части морскими или речными водами и как следствие – нарушение баланса грунтовых масс; ветровая эрозия поверхностных слоев; подрезка склона в какой-либо его части искусственными разработками грунта; сейсмическое воздействие и т. д.

Практически опасность для зданий и сооружений возникает в результате разнообразного воздействия на них грунтовых масс, в случаях появления оползневых подвижек на склоне. При расположении сооружения в верхней части склона (в голове образовывающегося оползня) происходит «выползание» грунта из-под здания и разрыхление основания (рис. 1.4, а).

Вследствие этого основание под фундаментом сооружения становится разнородным и в результате появления неравномерных осадок в здании начинают появляться вертикальные трещины.

При размещении здания непосредственно на склоне при активизации оползня происходит смещение грунта под зданием – частично вместе с сооружением, частично путем обтекания его фундамента (рис. 1.4, б). В таком случае недопустимые деформации здания могут быть вызваны как давлением грунта на него, так и неодинаковыми перемещениями в плане отдельных его частей. В случае, когда здание находится в нижней части склона, т. е. в языке образовывающегося оползня, оно, как правило, испытывает лишь давление грунта от смещающихся масс (рис. 1.4, в).

Рис. 1.4. Виды нарушения устойчивости здания на склоне

а –разрыхление основания под фундаментом сооружения;

б– смещение грунта под зданием; в–давление сползающего грунта на сооружение; 1 – существующее здание; 2–поверхность склона;

3 –поверхность скольжения оползня

При появлении деформаций зданий и сооружений, построенных в зоне влияния оползневого склона, выполнение проектно-изыскательских работ по их усилению должно начинаться с тщательного анализа причин деформаций и установления вида воздействия грунтового смещения на сооружение. Во всех случаях деформации оснований необходимо применять способы их укрепления.

Увеличение нагрузок на «основание-фундамент»

Надстройка здания. Весьма привлекательным в экономическом плане является надстройка у эксплуатируемого здания дополнительных этажей, так как получаемые таким образом дополнительные площади оказываются значительно более дешевыми, чем строительство отдельно стоящих зданий (не надо возводить фундамент, проводить дороги, сооружать подвалы, проводить к зданию коммуникации и т. п.).

Однако при надстройке здания сильно возрастает нагрузка на систему «основание-фундамент» и ее часто приходиться усиливать.

доУвеличение шага колонн и пролета.При модернизации оборудования, расположенного в промышленных каркасных зданиях, часто возникает необходимость монтажа в здании более крупногабаритного оборудования по сравнению с ранее установленным, при этом оборудование может не помещаться между колоннами (не вписываться в шаг и пролет здания).

В этом случае приходится производить реконструкцию здания - отказываться от части колонн, а у оставшихся усиливать их систему «основание-фундамент».

Установка дополнительного оборудования и его
модернизация.При замене устаревшего или изношенного оборудования на более современное и высокопроизводительное, как правило, вес устанавливаемого оборудования возрастает, при этом увеличивается нагрузка на систему «основание-фундамент» и возникает необходимость ее усиления.

Кроме этого крупногабаритное промышленное оборудование, как правило, имеет свои специальные фундаменты сложной конструкции.

Поэтому замена такого оборудования приводит к необходимости реконструкции или замены фундамента и усиления грунтового основания под ним.