Обследование фундаментов и оснований

Длительные наблюдения и измерение деформаций конструкций

При дополнительном обследовании

Для наблюдения за изменением трещин или установления происшедшей их стабилизации в бетонных, железобетонных и каменных конструкциях применяют маяки. Маяки представляют собой полоску из гипса, стекла или металла, накрывающую оба берега трещины:

1 – трещина; 2 – штукатурка и гипсовый раствор; 3 – материал стены; 4 – маяк гипсовый;

5 – маяк стеклянный; 6 – металлическая пластинка; 7 – риски через 2…3 мм; 8 – гвоздь

Маяки из гипса и стекла в случае продолжения деформации, вызвавшей появление трещин, лопаются; путём измерения величины расхождения половинок маяка устанавливают характер изменения трещины или её стабилизацию. Металлический маяк прикрепляют к одному берегу трещины, и он может передвигаться по другому её берегу, где фиксируют первоначальное и последующее положения конца маяка.

Изменение ширины раскрытия трещин за рассматриваемый период можно определять с помощью переносных индикаторов с ценой деления 0, 01 мм (см. раздел 2), штангенциркулем с ценой деления 0, 1 мм. Величина раскрытия принимается равной разности двух измерений расстояния между штырями (реперами) с центрирующим устройством, заделанными в конструкцию по оба берега трещины.

Аналогично наблюдают за тем, как «дышат» швы и стыки конструкций, закрепляя штыри по обе стороны шва (стыка).

При длительных наблюдениях за деформациями конструкций используют уже описанные ранее методы и приборы: ортогональное фотографирование; геодезические измерения; уровни; отвесы; натянутые нити и др.

Горизонтальные перемещения конструкции в плане во времени можно зафиксировать методом натянутой нити: о перемещениях конструкции, перпендикулярных направлению створа нити, судят по изменению положения поплавков промежуточных плавающих опор относительно их ванночек, закреплённых на конструкции в контролируемых точках и снабжённых шкалами.

1 – поплавок; 2 - ванночка

Съём информации о напряжениях в бетоне некоторых ответственных массивных сооружений (например, плотин гидроэлектростанций) можно производить в течение многих лет и даже десятилетий с помощью структурных (струнных) тензометров (см. раздел 2), закладываемых в нужные точки сооружения ещё в процессе бетонирования.

Испытание конструкций пробной нагрузкой

Испытание пробной нагрузкой как одна из работ третьего этапа обследования - весьма трудоемкое и дорогостоящее мероприятие, поэтому к нему прибегают лишь при необходимости, а именно: когда есть сомнения в достоверности полученной при обследовании информации (например, возникли непреодолимые сложности с определением армирования монолитных конструкций) или когда обследуемый объект является особо ответственным.

В результате испытания конструкций получаются более полные данные о действительной их работе, контролируются результаты поверочных расчётов, заключение о техническом состоянии объекта оказывается более обоснованным.

Весьма желательно проверять пробной нагрузкой конструктивные элементы балконов.

Методы проведения натурных испытаний описаны в разделе 2.

Обследование фундаментов и оснований

Здания, сооружения, находящиеся в них коммуникации, оборудование оказывают неблагоприятное воздействие на основания. Тепловое поле, изменение уровня грунтовых вод (как повышение, так и понижение), химически активные вещества в инфильтрующей в грунт воде, карстовые явления – вот далеко не полный перечень факторов, рождаемых эксплуатацией построенных сооружений, и природных факторов, которые вызывают существенное изменение свойств грунтов и гидрогеологического режима застроенного района. Часто реконструкция связана с возрастанием нагрузки на фундаменты из-за надстройки существующего сооружения. Поэтому фундаменты и основания сооружений, подлежащих реконструкции, детально обследуют.

Обследование можно вести несколькими приёмами:

- геологическими и гидрогеологическими исследованиями площадки с помощью скважин;

- инженерно-геологическим исследованием грунтов оснований путём отрытия шурфов;

- инженерным обследованием подошвы фундамента также с помощью шурфов.

Геологическое и гидрогеологическое обследование грунтов оснований имеет целью выявить с помощью скважин геологическое строение площадки, наличие нарушений в залегании слоёв, уровень грунтовых вод, расположение водовмещающих и водоупорных пород, наличие сильносжимаемых грунтов.

Количество и глубину скважин определяют в зависимости от сложности здания и его высоты, характера намечаемых работ и предполагаемого геологического строения территории. Скважины пробуривают на глубину до 10…20 м при диаметрах 40…130 мм на расстояниях от нескольких метров до десятков. На основе исследования строят геологические разрезы вдоль здания и в одном или нескольких поперечных направлениях.

При инженерно-геологическом обследовании грунтов выявляют их вид, состояние и несущую способность. Для этого отрывают шурфы, размещённые непосредственно у стен здания в пределах наиболее нагруженных их участков, где произошли повреждения или деформации фундаментов, других конструкций. Глубина шурфа должна быть примерно на 0, 5 м ниже подошвы фундамента, а площадь его горизонтального сечения в м² – равняться его высоте в метрах. Минимальные размеры прямоугольных шурфов 1х1, 2 м, минимальный диаметр круглых 0, 7 м.При глубинах заложения фундаментов более 1, 6 м поперечные размеры шурфов увеличивают: площадь их возрастает до 2 м² и более. С помощью шурфов определяют свойства грунтов, их плотность и пористость на основе визуального, приборного и лабораторного методов. Особенно тщательно нужно вести исследования в местах намеченных пристроек к зданию.

Инженерное обследование подошвы фундамента позволяет определить тип и размеры фундаментов.

При обследовании фиксируются сколы защитного слоя, прочность сцепления арматуры с бетоном, пятна высолов и ржавчины на его поверхности. При визуальном обследовании обращают внимание на направление трещин, определяют ширину их раскрытия. В местах обнажения арматуры исследуют состояние её поверхности (глубину язв, толщину слоя ржавчины). Там, где ржавчина имеет наибольшую толщину, определяют сечение арматуры.

Физико-механические свойства материалов фундаментов определяют описанными ранее неразрушающими методами.

С помощью шурфов также устанавливают состояние свай, ростверков, лежней, т.е. конструкций, являющихся переходными от оснований к фундаментам.

Дефекты в основаниях и фундаментах первоначально можно обнаружить уже при обследовании стен здания. Анализ характера расположения и поведения трещин в стенах во времени позволяет назвать наиболее вероятные причины их возникновения: прогиб здания вследствие образования под средней его частью участка слабого грунта; перекос здания из-за слабого грунта в одном из торцов здания; выгиб здания из-за наличия под средней его частью жёсткого, твёрдого включения; перекос здания от недопустимо близкого отрытия котлована для нового строительства или недопустимо близкого расположения нового здания; разная осадка двух частей одного здания; наклон здания из-за слабого грунта под одной из сторон при общей достаточной пространственной жёсткости его остова (здание наклонилось без образования трещин в стенах); деформации после надстройки здания или увеличения нагрузки на перекрытия и др.

Обследование оснований и фундаментов

Для жилых зданий, в первую очередь, требуется установить несущую способность оснований и фундаментов, их техническое состояние. Из комплекса работ по обследованию строительных конструкций зданий обследование оснований и фундаментов является наиболее сложным ввиду многообразия скрытых факторов, влияющих на состояние наземных конструкций. Основная цель обследований состоит в оценке инженерно-геологического состояния грунтов, залегающих под подошвой фундамента, а также состояния фундаментов, их целостности, деформативности, устойчивости и прочности материала.

Обследование грунтов оснований должно проводиться специализированными организациями в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83*, СНиП 11-02-96, СНиП 2.01.14-83, ГОСТов 5180-84, 12248-96, 20276-99 и соответствующих инструктивно-нормативных документов.

Обследование оснований и фундаментов, как правило, включает следующие этапы работ: подготовительный, натурный (полевой), лабораторный и камеральный.

В состав работ подготовительного этапа входит изучение:

- проектной документации;

- материалов инженерно-геологических обследований, гидрогеологических и других материалов, отражающих особенности площадки обследуемого объекта;

- журналов наблюдений за осадками, кренами, трещинами, прогибами и деформациями фундаментов;

- инженерных мероприятий, проводившихся в пределах площадки или вблизи нее;

- наряду с этим осуществляется наружный осмотр здания для установления общего состояния конструкций, зоны наибольших деформаций и повреждений конструктивных элементов, определения места возможных выработок и вскрытий фундаментов, места геодезических знаков и реперов.

Кроме того, на работах подготовительного этапа необходимо решить, насколько целесообразными являются вскрытие фундаментов. При развитии процессов суффозии в плотной городской застройке с повсеместным проявлением основаниями просадочных свойств – вскрытие фундаментов может нанести непоправимый ущерб несущим конструкциям сооружения.

Поэтому при обнаружении внешних признаков просадочности в местах длительной техногенной эксплуатации все чаще принимают решение о статическом зондировании немерзлых песчаных и глинистых грунтов по ГОСТ 19912-2001 («Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием») для комплексной оценки физико-механических свойств грунтов в соответствии с СП 11-105-97 и несущей способности фундаментов по СНиП 2.02.03-85.


Снегоболотоход ТТМ-3ПС со смонтированной в нем установкой статического зондирования УСЗ-15/36Г	Статическое зондирование грунтов

Комплект аппаратуры для статического зондирования грунтов ТЕСТ-К2	Установка статического зондирования грунтов УСЗ 15/36А Предназначена для зондирования грунтов по ГОСТ 19912-2001.

Винтовой штамп ШВ60 относится (согласно классификации ГОСТ 20276-99) к IV типу и предназначен для определения в полевых условиях модуля деформации Е, МПа песчаных, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов по ГОСТ 20276-99 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости. Область применения винтового штампа регламентирована табл. 5.1 ГОСТ 20276-99. Для испытания крупнообломочных грунтов следует применять штамп III-го типа с плоской подошвой площадью 600 см².	Малогабаритная установка для статического зондирования на ограниченных площадях, в помещениях высотой до 2 м KB13 фирмы «Kurth-Bohrtechnik» (Германия)

В состав работ по натурным (полевым) обследованиям входит:

В случае, если не обнаружены внешние признаки просадочности, производится отрывка шурфов для вскрытия фундаментов; обследование технического состояния конструкций фундаментов, описание состояния гидроизоляции, составление ведомости дефектов и повреждений фундаментов, определение или уточнение нагрузок и воздействий и инструментальное определение прочностных характеристик материала конструкций фундаментов;

отбор образцов материалов фундаментов для физико-механических и химических испытаний, инструментальное определение деформаций надземных конструкций.

Лабораторные работы включают испытание отобранных образцов материалов и установление фактических физико-механических, прочностных и деформационных свойств грунтового основания зданий и сооружений, в том числе и на приборах трехосного сжатия по ГОСТ 5180-89, ГОСТ 12248-96, ГОСТ12536-76, ГОСТ 21161-78, в связи с необходимостью выявления просадочных свойств оснований. Лабораторные испытания образцов грунтов дают наиболее точные данные, соответствующие реальному состоянию основания. Количество и размеры образцов грунта, достаточные для проведения комплекса лабораторных испытаний, определяют согласно ГОСТ 30416-96.

Камеральные работы включают обобщение результатов обследований и составление заключения о техническом состоянии конструкций фундаментов и о несущей их способности.

Расположение и общее число выработок, точек зондирования, необходимость применения геофизических методов, объем и состав определений физико-механических характеристик грунтов зависят от размеров здания или сооружения, сложности инженерно-геологического строения площадки и назначаются согласно СП 11-105-97. При этом учитываются выявленные деформации конструкций зданий и сооружений с целью детализации исследования грунтовых условий в местах деформирования зданий.

Необходимое количество шурфов зависит от цели обследования, объемно-планировочного и конструктивного решений здания, а также технического состояния строительных конструкций и условий их эксплуатации:

при восстановлении здания в местах неудовлетворительного состояния надземных конструкций (просадки, перекосы, крены, трещины, недопустимые деформации) не менее 2-3 шурфов;

при детальном обследовании фундаментов отрывается по одному шурфу в каждом месте неудовлетворительного состояния надземных конструкций;

при ликвидации последствий затопления подвалов, тоннелей, технологических каналов и т.п. — по одному шурфу в каждом обводненном месте.

Проходку шурфов осуществляют в наиболее нагруженных и ненагруженных участках, у наружных и внутренних стен, колонн, столбов и т.п. Число закладываемых шурфов принимают по одному у каждого вида конструкции в наиболее нагруженном и ненагруженном местах, при наличии повторяющихся секций — в одной секции отрывают все необходимые шурфы, а в остальных по 2-3 шурфа в наиболее нагруженных местах, в местах, где предполагается установка промежуточных опор или пристройка дополнительных объемов.

Получение достоверных результатов о состоянии основания и фундаментов исключительно важно при увеличении или изменении характера нагрузки, при надстройке, устройстве заглубленных помещений вблизи существующих зданий и в других случаях.

Шурфы отрывают вблизи участков, имеющих значительные деформации, а также в зонах, где предусматриваются надстройка, пристройка и другое повышение нагрузок.

При отсутствии рабочей документации на основания и фундаменты количество, глубина и расположение шурфов в плане должны быть достаточными для восстановления планов и разрезов фундаментов и установления несущей способности основания.

Обработка результатов исследований позволяет сделать вывод о состоянии основания фундаментов, их несущей способности, степени износа конструкций, фактическом сопротивлении грунтов. Устанавливаются зоны, где необходимо укрепление грунтов с целью повышения их несущей способности.

Шурфы отрывают на глубину ниже уровня подошвы фундамента на 0, 5 м. Если на этом уровне обнаружены насыпные, заторфованные, рыхлые или другие слабые грунты, в шурфах должны быть пробурены контрольные скважины.

При отрывке шурфов грунты тщательно осматриваются через каждые 20-30 см. В зависимости от свойства грунтов и глубины шурфы проходят с креплением или без крепления. Воду из шурфов откачивают насосами. Отбор образцов грунта обычно производят из уровня подошвы фундамента. Образец шурфа приведен на рис. 2.1.


Образец шурфа: 1 -кирпичная стена; 2 — полы по грунту; 3 — скважина в шурфе; 4 – места вскрытия фундамента; 5, 6, 7 — грунтовые слои	Способы вскрытия столбчатых фундаментов: а — «на угол»; б — «на две стороны»; в — «по периметру»

Ленточные фундаменты вскрываются непосредственно по отвесной грани стены. Столбчатые фундаменты должны вскрываться одним из следующих трех способов:

1. Вскрытие «на угол» — применяется при наличии симметричной геометрии фундамента в плане, при плотном размещении оборудования и невозможности его демонтажа; при отсутствии осадочных деформаций, а также при повторном обследовании;

2. Вскрытие «на две стороны» — применяется при наличии недопустимых осадочных деформаций надземной части здания на данном участке; при проектировании значительного увеличения нагрузки на грунты или при несимметричных фундаментах.

3. Вскрытие «по периметру» — применяется при аварийном состоянии участка здания, связанном с просадкой грунтов основания. Вскрытие фундаментов этим способом производится участками длиной не более 1, 5м; вскрывать фундаменты одновременно по всему периметру не допускается.

Результаты осмотра грунтов, параметры шурфа отмечают в журнале. Кроме того, фиксируют атмосферные условия, дату вскрытия шурфов.

Из открытых шурфов производят осмотр фундаментов, определяют тип фундамента, его форму в плане, размеры, глубину заложения, определяют конструктивное решение.

При обследовании спайных фундаментов в каждом шурфе замеряют их диаметр, шаг и среднее количество на 1 м фундамента.

При фундаментах под сборные железобетонные колонны замеряют толщину стенок стаканной части фундаментов и ее высоту. Вскрытием определяют наличие арматуры, ее диаметр, шаг и степень коррозии.

При монолитных фундаментах в грунтах, насыщенных водой, необходимо проверить наличие бетонной подготовки под подошвой фундамента, толщина которой должна быть не менее 100 мм.

У фундаментов под колонны каркасов дополнительно проверяют геометрические размеры сечения фундаментных балок, наличие гидроизоляции, а у сборных ленточных фундаментов — перевязку блоков. При этом сравнивают материалы обследования с данными проекта. При наличии больших повреждений фундаментов назначают дополнительные покрытия.

При обследовании фундаментов из бутовых камней и кирпичной кладки определяют прочность камня и раствора, выявляют повреждения и дефекты.

При обследовании фундаментов обязательно определение влажности материалов конструкций, наличия и состояния гидроизоляции, особенно при неглубоком залегании грунтовых вод.

При обнаружении в конструкциях надземной части здания деформаций осадочного характера (вертикальных и наклонных трещин в кирпичной кладке стен, элементов железобетонных перекрытий и покрытий, разрывов в сварных швах металлических конструкций и т.д.) устанавливается наблюдение за осадками конструкций.

При обнаружении трещин осадочного характера в конструкциях устанавливаются, по возможности, причины их возникновения, возраст трещин, замеряется ширина раскрытия и протяженности трещин, определяется характер их раскрытия по вертикали (увеличение раскрытия к верху или к низу) и степень их опасности.

Осадки наблюдаются двумя способами:

а) установкой маяков по трещинам с регулярным наблюдением за их состоянием.

Длительность и периодичность наблюдения за осадками этим способом производится в зависимости от скорости и опасности развития осадочных деформаций: при медленном развитии или затухании осадок наблюдение ведется не менее 1-1, 5 года (с охватом не менее двух сезонов весенне-осенних паводков). Наблюдение за маяками в этом случае производится не реже одного раза в неделю; при быстром росте осадочных деформаций наблюдение за осадками ведется ежедневно до момента устранения причин осадок или начала процесса их затухания;

б) с применением геодезических или других инструментальных методов наблюдений при осадках, просадках и кренах в пределах значительных площадей здания или всего здания.

Результаты обследований фундаментов, как правило, должны содержать: краткое описание объекта и конструктивного решения здания; оценку физико-механических свойств грунтов оснований (по данным специализированных организаций); данные о повреждениях и дефектах фундаментов; оценку прочностных характеристик материалов поданным инструментальных и лабораторных испытаний и результатов расчетов несущей способности грунтов оснований и конструкции фундаментов.

В результате обследования грунтов устанавливается соответствие новых данных архивным (если они имеются). Выявленные различия в инженерно-геологической и гидрогеологической обстановке и свойствах грунтов используются для выявления причин деформаций и повреждений зданий, разработки прогнозов и учитываются (при необходимости) при выборе способов усиления фундаментов или упрочнения основания.

При оценке состояния фундаментов более поздних построек, выполненных из элементов сборного бетона и железобетона, процесс дефектоскопии существенно упрощается.

При наличии технической документации возможно частичное обследование, что существенно снижает трудоемкость и стоимость работ.

В таблице приведены характерные повреждения и их причины для фундаментов: свайных, ленточных крупноблочных и сборно-монолитных фундаментов жилых зданий первых массовых серий (кирпичных и крупнопанельных). Причинами дефектов и повреждений служат, как правило, нарушения в технологии производства работ, эксплуатационные условия, отклонения в изготовлении конструкций и др.

12 3 4 Следующая ⇒