Дефекты фундаментов старых зданий и причины их возникновения

Таблица 3.1

Поз на рис. 2.3.	Вид дефекта	Причины его возникновения
I	Расструктуривание кирпичной кладки над обрезом фундамента	Ежегодное промерзание и оттаивание увлажненной кирпичной кладки. Увлажнение кладки над обрезом за счет поднятия культурного слоя
II	Коррозия металлических или гниение деревянных балок надподвального перекрытия	Повышенная влажность в подвалах, отсутствие вентиляции, нарушение гидроизоляции стен и полов
III	Разрушение противока-пиллярной изоляции кирпичных стен	Старение материала, хрупкость старой гидроизоляции
IV	Нарушение гидроизоляции пола подвала	Механическое повреждение при откопке траншей, пробивке отверстий в полу
V	Гниение деревянных лежней	Понижение уровня подземных вод либо повышение температуры воды за счет утечек из теплосети
VI	Нарушение гидроизоляции стены в местах прокладки коммуникаций	Плохая заделка мест ввода коммуникаций, разрушение старого гидроизоляционного слоя
VII	Разрушение раствора в швах кладки	Агрессивность подземных вод зоны аэрации. Снижение прочности раствора со временем, выщелачивание раствора
VIII	Гниение голов деревянных свай	Понижение горизонта подземных вод, повышение температуры воды, грибковые поражения древесины

Чтобы оценить специфику реконструкции зданий на слабых грунтах, проанализируем данные П. А. Коновалова, относящиеся к сравнительно более благоприятным в строительном отношении грунтовым условиям. Рассмотрим отношение среднего давления на уровне подошвы фундаментов реконструируемых зданий в Москве (Đ) к расчетному сопротивлению грунтов основания (R).

Рис. 2.5. Отношение фактической осадки к предельной при различной этажности зданий (n - число этажей)

Как видно из данных, приведенных в табл. 2.2, относительно хорошие грунты в основании многих зданий Москвы используются недостаточно эффективно и нагрузки на них могут быть значительно повышены. Лишь у 8,3% зданий отношение Р/R составило >1,0. Материалы наблюдений за осадками жилых зданий в Москве показывают, что фактические осадки составляют обычно 15 - 20% от расчетных и только в отдельных случаях достигают 70 - 80% последних.

Анализ возможности увеличения нагрузок по подошве фундаментов (по а. П. Коновалову)

Таблица 3.2

Р/R	0,2-0,3	0,31-0,4	0,41-0,5	0,51-0,6	0,61-0,7	0,71-0,8	0,81-1,0	Более 1,0
Процент зданий в Москве	5,3	9,8	15,1	21,5	18,9	15,1	6	8,3

Увеличение нагрузок на здания в Москве без усиления фундаментов лишь в одном случае вызвало осадку 2,8см, а в остальных случаях величина прироста осадок не превышала 1,8 - 2,2см при средней 0,9см. Аналогичные минимальные дополнительные осадки при надстройке зафиксированы Мосгоргеотрестом при наблюдении за 50 жилыми зданиями построим после 1917г.

Существенно иное соотношение Р/R (см. рис. 2.4) имеет место при реконструкции зданий на слабых грунтах. Слабые грунты Петербурга Архангельска, Риги специфичны, и реконструкция на них, связанная с увеличением нагрузки на существующие фундаменты, сложнее, чем е городах с относительно хорошими грунтами. Здесь во многих случаях не обойтись без специальных мер по усилению фундаментов, а в ряде случаев - и надземных конструкций.

Однако опыт реконструкции и надстройки зданий в Москве, Петербурге, Нижнем Новгороде, Куйбышеве и других городах свидетельствует, что передача дополнительных нагрузок на фундаменты и грунты основания возможна, если учтены особенности грунтов, сформировавшихся вследствие длительного уплотнения под нагрузкой.

Во всех случаях работы по усилению оснований и фундаментов должны быть сведены до минимума. К ним обычно прибегают, когда все меры по усилению надземных конструкций исчерпаны. Это связано со значительной трудоемкостью работ по усилению оснований и фундаментов по традиционной технологии. (Фундаменты обычно вскрываются до подошвы, что небезопасно.)

Новые технологии пока не имеют массового применения, так как находятся в стадии разработки. Не отработана также методика расчета необходимости усиления. Используются обычно простейшие инженерные приемы, не всегда пригодные в сложных случаях реконструкции.

Рассмотрим историю становления современных норм с точки зрения потребностей реконструкции. С конца 30-х гг. нормирование давлений на грунты оснований производилось в соответствии с "Нормами проектирования естественных оснований промышленных и гражданских зданий" (ОСТ 9004-38). Предельное увеличение нагрузки, при котором можно обойтись без специальных работ по усилению оснований и фундаментов, определялось по ряду условий:

• давление на уровне подошвы фундаментов после надстройки не превышает допустимые значения по ОСТ;

• толщина однородного грунтового слоя в основании здания или сооружения достаточно велика;

• грунты основания не размываются грунтовыми или другими водами;

• сжимаемость оснований невелика.

Фактическое давление на грунты основания после увеличения нагрузки в процессе реконструкции (надстройки) не должно было превышать "допустимое" давление с повышающим коэффициентом k, равным 1,1 -1,5 в зависимости от вида грунта. Если это условие не соблюдалось, требовалось усиление оснований и фундаментов.

В 1941г вышли "Указания по проектированию и строительству фундаментов на естественном основании в условиях военного времени" (У21-41). В них отмечалось: "...если в конструкциях здания или сооружения нет трещин от предшествующих неравномерных осадок, допускаемое давление для всех видов реконструкции можно повышать на 40%".

В начале 40-хгг. при Ленгорисполкоме работала специальная комиссия по изучению возможности повышения фактических давлений на грунты основания в зависимости от срока эксплуатации сооружения. В заключении работы комиссии отмечено, что можно увеличить нагрузки для глинистых грунтов на 20-30%, для среднезернистых песчаных - на 40-60% и крупнозернистых песков - на 100%.

Такая практика назначения критериев для увеличения нагрузки на фундаменты оказалась в ряде случаев просто опасной. Назначенные комиссией давления под подошвой фундамента не имели должного обоснования. Наблюдались случаи развития значительных деформаций уже после увеличения нагрузки на 20-40% и "создавалась угроза зданию в целом и его части" [4].

Ряд аварийных ситуаций дал повод к более осторожному отношению к составлению рекомендаций, в том числе к вопросу об усилении оснований и фундаментов. В ведомственных "Технических указаниях проектирования капитального восстановления и строительства новых мостов и труб" (ТУМП-47), изданных в 1948г, разрешалось при использовании старых фундаментов, прослуживших без дефектов более 20 лет, повышать давление на грунт с учетом его уплотнения только на 25% .

Согласно нормам 1949г (НиТУ 6-48) допускаемые давления "могут быть повышены против действующих в соответствии с тем состоянием плотности и влажности грунтов под фундаментами, а также состоянием конструкций сооружения, которые будут выявлены при освидетельствовании". Эти требования весьма общи, и нет пояснений, до каких пределов можно повышать нагрузку в процессе реконструкции без специальных мер по усилению фундаментов.

В НиТУ 127-55 и СНиП II Б. 1-62 повышение давления на основание при надстройках ограничено без всяких обоснований величиной 20%. В действующем СНиП 2.02.01-83* вообще отсутствуют разделы, регламентирующие повышение нагрузки на фундаменты для целей реконструкции.

Таким образом, используя официальные нормативные документы, нельзя установить предел, превышение которого требует использования специальных технологических приемов по усилению оснований и фундаментов. Однако эти документы представляют несомненный интерес, так как согласно их рекомендациям надстроено большое количество зданий с усилением и без усиления фундаментов. Надстройки выполнялись фактически интуитивно, а технологические приемы усиления назначались без должного расчетного обоснования, в силу этого технологии реконструкции фундаментов не учитывали фактически сформировавшегося напряженно-деформированного состояния грунтов основания.

Отметим, что ряд авторов и отдельные институты предложили достаточно интересные, хотя и спорные инженерные приемы. Предлагалось вводить к нормируемому значению расчетного сопротивления грунта основания коэффициенты, учитывающие уплотнение грунтов в процессе эксплуатации зданий. Согласно одному из предложений вводился коэффициент т, зависящий от степени реализации величины расчетного сопротивления R, который должен был учесть улучшение прочностных и деформационных характеристик грунта в процессе длительной эксплуатации.

R_упл=m·R₇ (2.1)

где: m=f(р₀/R₇); R₇ - величина расчетного сопротивления, определяемая по формуле (7) СНиП 2.02.-83* без учета уплотненности грунтов; р₀ - фактическое давление на грунты основания на момент планируемой реконструкции (до надстройки).

Рекомендуемые значения коэффициента m· приведены в табл. 2.3.