2. Конструктивные элементы гражданских зданий

2.1. Грунты оснований и фундаменты

2.1.1. Классификация и свойства оснований

Массив грунта, залегающий под фундаментом и воспринимающий давление (нагрузки) от здания, называют естественным основанием.

Грунты, образующие основание, подразделяются на глинистые (глина, суглинок, супесь), песчаные, крупнообломочные (гравийно-галечниковые), скальные, насыпные.

Форма залегания грунтов – выдержанными или выклинивающимися слоями разной мощности, линзы.

На начальном этапе проектирования здания выполняют инженерно-геологические изыскания на площадке строительства с целью определения характера напластований и физико-механических характеристик грунта. При этом выполняется бурение скважин, проходка шурфов, отбор образцов грунта и их лабораторные исследования.

По результатам определяют несущий слой грунта и тип фундамента. Размеры фундаментов рассчитывают в зависимости от давления под подошвой и расчетного сопротивления грунта. Глубину заложения назначают в большинстве случаев ниже расчетной глубины сезонного промерзания грунта.

Несущую способность слабого грунта можно увеличить путем его замены на песок или гравийный грунт (искусственное основание), уплотнения трамбованием, закрепления путем нагнетания в грунт силикатных, битумных, цементных составов или полимерных смол.

Свойства грунтов при эксплуатации могут изменяться:

• при увлажнении поверхностными или техногенными (протечки из трубопроводов систем отопления, водоснабжения и канализации) водами: при этом снижается расчетное сопротивление грунта глинистых грунтов, повышается их деформативность;

• пучинистые грунты увеличиваются в объеме при промерзании, создают нормальные (под подошвой) и касательные (по боковой поверхности) силы морозного пучения;

• просадочные грунты дают осадки при замачивании в период строительства или эксплуатации;

• замачивание при поднятии уровня подземных вод (не имеется ввиду сезонное колебание УГВ).

Морозное пучение грунтов может привести к деформациям здания как в период строительства (нормальные и касательные силы морозного пучения), так и в период эксплуатации здания. Морозное пучение характерно для глинистых грунтов и пылеватых песков. Чем выше влажность грунта, тем больше величина морозного пучения. Величина морозного пучения составляет 1-12 см на 1 м слоя промерзшего грунта. Величина нормальных сил морозного пучения может достигать 20 кгс/см², касательных – 40-110 кПа (0,4-1,1 кгс/см²).

Изменение свойств грунтов, служащих основанием фундаментов эксплуатируемых зданий зачастую приводит к деформациям всего здания.

2.1.2. Фундаменты

Фундаменты бывают следующих типов:

1. Фундаменты в виде деревянных или каменных стульев (в деревянных 1-2 этажных зданиях старой, сельской, дачной застройки).

2. Ленточные: – бутовые;

– сборные железобетонные из подушек и фундаментных

блоков;

– монолитные железобетонные

3. Столбчатые: сборные и монолитные железобетонные, бутовые в старых зданиях

4. Свайные (забивные и буронабивные) со столбчатыми или ленточными ростверками

5. Фундаментные плиты

Основные причины деформаций фундаментов:

• морозное пучение грунта под подошвой малозаглубленных ленточных и столбчатых фундаментов: следствие ошибок в проектировании или изменении свойств грунтов в процессе эксплуатации при увлажнении, а так же изменение глубины заложения за счет выборки грунта;

• морозное пучение грунтов под подошвой фундаментов строящихся зданий при промерзании из подвала;

• воздействие касательных сил морозного пучения грунтов обратной засыпки на ленточные фундаменты строящегося здания (на период возведения 1-2 этажей);

• тоже, на малоэтажные здания;

• осадка просадочных грунтов при замачивании;

• увлажнение и снижение расчетного сопротивления глинистых грунтов основания под подошвой ленточных и столбчатых фундаментов;

• деформации грунтов основания (для всех фундаментов, кроме свай стоек) при дополнительных нагрузках (надстройке здания или изменении назначения с увеличением нагрузок на перекрытие);

• суффозия (вымывание техногенными водами) грунтов под подошвой ленточных и столбчатых фундаментов;

• уменьшение величины обратной засыпки, оголение фундаментов до подошвы и ниже при новом строительстве или реконструкции;

• отсутствие воздушного зазора или демпферного слоя под ростверками свайных фундаментов, находящихся в зоне сезонного промерзания грунта;

• дополнительные нагрузки при новом строительстве вблизи существующих зданий;

• размораживание вечномерзлых грунтов;

• разрушение материала фундаментов при устройстве вводов инженерных сетей, в результате коррозии бетона при контакте с коррозионно активным грунтом;

• неравномерная осадка при динамических и сейсмических нагрузках.

При деформациях фундаментов здания получают самые серьезные повреждения.

Проявление деформаций фундаментов:

• трещины в ленточных фундаментах и ростверках;

• трещины в кирпичных стенах зданий (имеют, как правило, вертикальную направленность), перекосы зданий, отделение и крен отдельных частей;

• трещины и выпадение камней в кирпичных перемычках;

• в панельных зданиях – трещины по стыкам панелей (не путать с температурно-влажностными трещинами) и в панелях, между элементами лестниц, искривления линий горизонтальных швов и карнизов, выход из плоскости отдельных элементов (Советская – осадка колонны);

• появление уклонов в перекрытиях и полах;

• перекосы, крен деревянных зданий;

• перекосы оконных и дверных проемов;

• трещины в стыках элементов каркаса, перекосы.

Для оценки технического состояния очень важна достоверная информация о динамике развития деформаций. Для этого по трещинам в стенах в два слоя устанавливаются растворные маяки, на них краской наносится дата установки, наблюдения за поведением маяков заносятся в специальный журнал. Контроль за деформациями здания может также вестись геодезическими приборами.

Грунтовые условия при обследовании здания уточняют по результатам инженерно-геологических изысканий, при проведении которых отбираются пробы грунта при бурении скважин, монолиты грунта из-под фундамента, проводятся лабораторные исследования отобранных проб грунта.

Наиболее надежными при эксплуатации являются свайные фундаменты, ввиду того, что несущий слой грунта залегает глубоко и не замачивается поверхностными водами.

При наличии деформаций усилению подлежат грунты основания или фундаменты, а затем поврежденные конструкции надземной части здания.