Вопрос 12

Учет и изучение технических причин аварий и повреждений строительных конструкций необходим для предотвращения повторения аварий в будущем.Практика строительства раполагает большим числом примеров аварий и обрушений конструкций, вызванных случайными явлениями, которые не могут быть предусмотрены заранее. Изучение последствий таких аварий позволяет выявить ряд конструктивных, монтажных и других дефектов (которые без аварии могли быть и не обнаружены) и изыскать пути дальнейшего развития и усовершенствования конструкций или отдельных узлов.ехнические причины катастроф делятся также на три группы:

потеря устойчивости, дефекты основания и неудовлетворительное производство работ. Ф. Д. Дмитриев, рассматривая в основном на материалах аварий зарубежных стран аварии и крушения мостов и гидротехнических сооружений, в классификации [1] не отражает специфику аварий и крушений металлических конструкций гражданских и промышленных сооружений. С нашей точки зрения, во вторую группу причин аварий следовало бы еще включить аварии, происшедшие не только от незнания, но и в результате недопустимой халатности. Примеры таких аварий, к сожалению, имеются. И. А. Мизюмский [3] дает классификацию аварий и крушений только металлических конструкций, причем аварий, вызванных только инженерно-техническими причинами. Аварии и крушения разделены на четыре группы:

вызванные дефектами, связанными с ошибками проектирования;

вызванные дефектами, возникшими в процессе производства работ;

вызванные дефектами, связанными с эксплуатацией;

вызванные недостаточно изученными условиями работы и свойствами применяемых материалов.

Нельзя согласиться с принципом классификации Томаса X. МакКейга [73], где причинами аварий считаются четыре фактора:

невежество, экономия, погоня за прибылью, небрежность и стихийные бедствия.

Классификацию по таким признакам ее автор считает универсальной. Понятно, что такое определение причин аварий строительных конструкций лишено научной обоснованности и самый принцип определения чужд всему строю нашего социалистического общества.

Предлагаемая нами классификация (табл. 1 см. вклейку) составлена по иному принципу. Аварии, вызванные непреодолимыми стихийными силами природы и военными действиями, не рассматриваются. Аварии, вызванные социально-экономическими условиями, в нашей советской действительности просто не могут иметь места. В связи с этим рассматриваются только аварии, вызванные инженерно-техническими причинами и происшедшие в результате халатности, недосмотра и т. п.

При составлении классификации для удобства ее использования выделены основные причины аварий и факторы, их вызывающие. Вполне естественно, что перечисление последних на исчерпывающую полноту не претендует.

Некоторая условность в определениях, примененных в классификации аварий, неизбежна. Можно бесконечно спорить о том, что и где является причиной и что следствием. Например, всем известен классический случай крушения в 1905 г. Египетского моста в Петербурге. Общепризнано, что причиной аварии был резонанс, возникший при прохождении по мосту войск. Но с таким же успехом причиной аварии можно было считать и просчеты, допущенные при проектировании моста, в результате которых, как следствие, в сооружении мог возникнуть резонанс. С таким же успехом причину аварии можно видеть в неправильной эксплуатации сооружения, выразившейся в том, что войска при прохождении моста шли строем с несбитым шагом, в результате чего, как следствие, и появился резонанс. И все-таки непосредственной причиной аварии был резонанс. В предлагаемой классификации выделены восемь основных причин аварий. Единственным же следствием этих причин является авария—катастрофа. Основные причины аварий в классификации расположены не в каком-то определенном порядке, например, в биографическом порядке проектирования и возведения сооружений, а отмечены только наиболее типичные комбинации (сочетания) причин аварий. В каждой из причин выделены (отмечены знаком Т) наиболее часто встречающиеся факторы, вызывающие появление перечисленных причин.

Существующие в настоящее время строительные нормы и правила (СНиП) основаны, как известно, на методе расчета по трем предельным состояниям:

по несущей способности, при достижении которого происходит исчерпание несущей способности элемента или конструкции в целом;

по развитию чрезмерных деформаций от статических или динамических нагрузок, при достижении которого появляются недопустимые деформации или колебания;

по образованию и раскрытию трещин, при появлении которых нормальная эксплуатация конструкции становится невозможной.

Идея современного метода расчета по предельным состояниям заключается в том, чтобы за время нормальной эксплуатации сооружения не наступило ни одного из предельных состояний.

Следовательно, предельное состояние следует рассматривать как аварийное или предаварийное. Аналогичная картина имеет место и при оценке прочности элементов конструкций в сопротивлении материалов. Так, применяя к элементу, находящемуся в сложном напряженном состоянии, ту или иную «теорию прочности», устанавливаем вначале критерий наступления «опасного» состояния (условно аварийного) по прочности или по пластичности, а затем переходим к «условиям прочности».

При проектировании по СНиП П-8. 3-62 металлических конструкций третье предельное состояние не учитывается, так как появление трещин зависит не от силовых воздействий, развивающихся при эксплуатации сооружений, а от неправильностей технологии или монтажа, как, например, трещины при сварке. Мы имеем дело не с проектированием, а уже с существующими конструкциями, поэтому аварии металлоконструкций естественно рассматривать по всем трем предельным состояниям.

Надежность конструкций и сооружений зависит от многих факторов: марки материала, сечения элементов, их формы, качества изготовления и монтажа, условия эксплуатации, своевременного ремонта, в необходимых случаях — усиления конструкций и т. п.

Все эти факторы влияют на срок нормальной эксплуатации и определяют несущую способность сооружения и его отдельных конструктивных элементов. Каждая конкретная авария есть результат совокупности нескольких причин, сочетание нескольких неблагоприятных факторов. Вместе с тем всегда можно выделить основную причину, непосредственно или косвенно приведшую к аварии.Аварийное состояние в металлоконструкциях и их обрушение могут иметь место при вполне доброкачественных во всех отношениях конструкциях, правильно выполненном монтаже и нормальной эксплуатации вследствие дефектов оснований, на которых установлены металлические конструкции. Поэтому перед монтажом необходимо особенно тщательно проверить, правильно ли выполнены те конструкции, на которые будут установлены металлические, и в отдельных случаях состояние грунтов под подошвой фундамента.

Характерную группу причин, от которых возникают аварийные состояния металлических конструкций, составляют:

- неравномерность осадки грунта под фундаментами, на которые опираются металлоконструкции,

- выдавливание грунта из-под фундаментов, выпучивание при вымораживании,

- провалы грунта, оползни и т. д.

Неравномерная осадка грунта вызывает перекосы, перераспределение усилий между элементами конструкций и т. д., в отдельных случаях — превращение статически определимых систем в статически неопределимые. Изменяется статическая схема работы деформированных конструкций путем превращения их в новые конструктивные формы. Ненадежность оснований, неравномерная осадка, потеря устойчивости опорными конструкциями вызывают аварийные состояния.

Причины деформаций зданий и сооружений

Формами и видами отклонений (ухудшения) характеристик и показателей работоспособности и надежности сооружений являются: деформации, трещинообразования, осадки, коррозия, механические, физико-химические или биологические повреждения, потеря устойчивости, обрушения конструкций, аварии и катастрофы. Повреждения могут быть вызваны двумя группами причин: 1 - внешние причины: неблагоприятные природно-климатические, инженерно-геологические условия; долговременные физические, химические, электрохимические, микробиологические процессы разрушения конструкций здания, вызывающие естественное "старение" строительных материалов и большой "физический" износ конструкций; стихийные явления (наводнения, землетрясения, пожары, провалы, обвалы, оползни и др.); неудовлетворительное качество эксплуатации объекта; ухудшение экологии окружающей среды; 2 - внутренние причины: ошибки изыскателей при изучении инженерно-гидрогеологических условий строительной площадки; неблагоприятное расположение объекта вблизи водоемов, подземных выработок; ошибки конструктивного и технологического характера, допущенные при проектировании и производстве работ; неудовлетворительное качество строительных материалов или их износ и старение; ухудшение свойств грунтов в результате увлажнения глинистых, замачивания лессовых, оттаивания мерзлых грунтов, резкого повышения уровня подземных вод, технологических загрязнений основания; уплотнение грунтов оснований под воздействием нагрузок, передаваемых новыми зданиями и сооружениями; проведение строительных работ вблизи существующих зданий (разработка котлованов и траншей, прокладка подземных коммуникаций, транспортных тоннелей, динамические нагрузки от транспорта, при забивке свай, погружении шпунта и т.п.).

Значительное количество деформаций и аварийных состояний зданий связано с воздействием техногенных процессов, изменением влажностного режима работы подземных конструкций. Понижение уровня грунтовых вод (как и подтопление оснований) изменяет свойства грунта и вызывает его осадку, что приводит к деформациям, наклону, растрескиванию конструкций. В результате изменения влажностного режима и замачивания грунтов возможны: просадки, оползни, сели, выпор, растворение, размягчение связных грунтов, карст, засоление, коагуляция, набухание, выщелачивание, разуплотнение, разрыхление, разрушение структуры и др. процессы.

рис.1 Осадочные трещины в конструкциях

рис.2 Деформация здания при понижении уровня подземных вод

рис.3 Деформация дома при откачке воды из траншеи

Причинами осадочных трещин могут быть: ошибки при изысканиях и в проекте (невыявленные плывуны, карстовые и просадочные породы и включения, проектирование под частью здания подвальных помещений): недостатки в подготовке основания (излишний выбор грунта в основании и плохое уплотнение вновь подсыпанного); вымывание основания при откачивании воды из котлована; недостатки при устройстве фундаментов (некачественный материал и непроектные конструкции фундаментов; смещение фундаментов с проектной оси; дополнительные нагрузки от достраиваемых зданий; пропуск или некачественное выполнение армирующих поясов и ростверков по верху фундаментов); недостатки при эксплуатации объектов (подтопление и вымывание основания атмосферными, бытовыми или технологическими водами); увлажнение грунта основания протечками трубопроводов инженерных систем; неправильное устройство подпорных стен или отсутствие их при отрывке котлованов и траншей радом с существующим зданием; откачка грунтовых вод при производстве работ вблизи возведенного здания; промерзание грунтов в подвалах при нарушении режима отопления.

Что произойдет, если зазоры между сборной колонной и стаканным фундаментом некачественно заделать бетоном?

Расчетными схемами большинства типов каркасных зданий предусматривается жесткое защемление колонн в фундаментах (рис. 2, а). При использовании сборных железобетонных элементов такое защемление обеспечивается за счет тщательной заделки бетоном зазоров между колонной и стаканом фундамента, причем класс монолитного бетона должен быть не ниже класса бетона фундамента.

В практике строительства, увы, нередки случаи, когда после рихтовки и временного закрепления колонн бетонирование зазоров осуществляется не сразу. За это время в зазоры попадает мусор и грязь, которые сверху лишь замазывают бетоном. При этом проверить качество работ по одному внешнему виду не представляется возможным. Такое соединение становится податливым, т. е. занимает промежуточное положение между жестким и шарнирным соединениями (его условная схема показана на рис. 2, б). Оно приводит к большим изменениям в работе каркаса по сравнению с тем, что предусмотрено в проекте: резкому увеличению горизонтальных перемещений А и усилий в колоннах, снижению устойчивости колонн, а в худшем случае — к обрушению здания. Этот дефект является одной из причин появления трещин в стенах и колоннах, разрушения узлов сопряжения стеновых панелей с колоннами и одной из главных причин систематического выхода из строя ("разбалтывания") путей мостовых и подвесных кранов. Поэтому качество и своевременность заделки зазоров должны подвергаться особо тщательному контролю.

1.3. Что произойдет, если опорные закладные детали стропильных балок (ферм) некачественно приварить к закладным деталям колонн?

Сварные швы нужны не просто для фиксации положения балок и ферм (как ошибочно полагают де которые строители), а для восприятия весьма больших усилий скалывания и отрыва.

В астности, швы обеспечивают шарнирно-неподвижное опирание стропильных конструкций (ригелей на колонны, благодаря которым горизонтальные нагрузки (ветровая или крановые) передаются от одной колонны к другой и распределяются между ними пропорционно жесткостям (рис. 3, а). При некачественной сварке может произойти разрушение швов, тогда опора становится шарнирно-подвижной и вся горизонтальная нагрузка воспринимается только одной колонной, на которую последняя не рассчитана (рис. 3, б). В совокупности с другими дефектами это может привести к разрушению перегруженной колонны и, как минимум, - к образованию в ней больших поперечных трещин, к постоянному выходу из строя крановых путей, образованию трещин в стенах и т.п. В значительной степени приведенные рассуждения относятся и к ригелям многоэтажных каркасных зданий.

Кроме того, в тех случаях, когда не предусмотрены вертикальные связи по торцам стропильных конструкций, сварные швы удерживают последние от опрокидывания при воздействии горизонтальных усилий продольного направления (рис. 3,в, вид с торца балки).

1.4. Что произойдет, если при монтаже ребристых плит покрытия (перекрытия) приварить не три, а две опорные закладные детали?

Приварка каждой плиты в трех точках образует геометрически неизменяемую фигуру - треугольник, а в совокупности - жесткий диск покрытия (перекрытия), который вовлекает в совместную работу при действии горизонтальных сил Т все колонны (рис. 4, а, вид в плане). Работа каждой плиты в горизонтальной плоскости напоминает работу консоли, воспринимающей часть силы Т (рис. 4, б). Если приваривать только две закладные детали, то каждая плита в горизонтальной плоскости может свободно поворачиваться (рис. 4, в), жесткого диска не будет и сила Т станет восприниматься колоннами только одной плоской рамы (рис. 4, г). В результате, усилия в этих колоннах резко возрастут по сравнению с расчетными (если в расчете учитывалась пространственная работа каркаса), что может привести не только к появлению больших трещин, но и к разрушению колонн. Даже если этого не произойдет, отсутствие жесткого диска, пусть и на отдельных участках, приведет к преждевременному износу колонн, разрушению кровли, а в многоэтажных зданиях также к разрушению полов.

В многоэтажных каркасных зданиях связевого или рамно-связевого типов жесткие диски перекрытий играют похожую, но несколько иную роль (см. вопрос 1.6).

1.5. Что произойдет, если швы между ребристыми плитами по­крытия некачественно заделать раствором?

При некачественной заделке в швах образуются щели, через которые теплый воздух из помещения проникает в утеплитель и, если кровля совмещенная (невентилируемая), конденсируется под цементной стяж­кой или под водоизоляционным ковром. В результате этого происходит систематическое замачивание утеп­лителя, он теряет свои теплозащитные свойства, кровля промерзает, а бетон плит покрытия подвергается морозному разрушению. Кроме того, швы способствуют повышению жесткости диска покрытия за счет сил сцепления между раствором замоноличивания и боковыми поверхностями плит. Поэтому качественная заделка швов — вовсе не прихоть проектировщиков.

1.6. Что произойдет, если швы между пустотными плитами пере­крытий некачественно заделать раствором?

На боковых поверхностях пустотных плит имеются круглые углубления, которые при заделке швов за­полняются раствором и образуют шпонки, препятствующие взаимному смещению плит не только в вер­тикальной, но и в горизонтальной плоскости (рис. 5, а, вид в плане). Благодаря шпонкам, перекрытие представляет собой горизонтальный жёсткий диск, т. е. как бы непрерывную монолитную плиту. Например, в связевых каркасах ветровая нагрузка через жесткие диски передается с колонн на вертикальные связи или диафрагмы жесткости (рис. 5, б). Это позволяет резко уменьшить горизонтальные перемещения колонн Δ1 и освободить их от восприятия горизонтальных нагрузок,брушение сооружений происходит в основном по двум схемам: либо с постепенным накоплением напряжений и деформаций и последующим обрушением несущих конструкций, либо быстротечно (прогрессирующее обрушение) при возможно даже кратковременном, но существенном перегрузе важного несущего элемента конструкций.

Здания и сооружения должны находиться под постоянным наблюдением инженерно-технического персонала, ответственного за сохранность соответствующих объектов. С этой целью проводятся периодические технические осмотры. Осмотры могут быть общими и частными. Как правило, очередные общие технические осмотры зданий производятся два раза в год - весной и осенью.

Статистика показывает, что 90% аварий и обрушений происходит в ранние утренние часы, при смене воздушных масс. Специалисты считают, что обрушения зданий вскоре станут для России обычным явлением. Только в столице представляют опасность сотни зданий, в которых до сих пор собираются тысячи человек. По данным специалистов, потенциально опасными могут быть все здания, построенные по индивидуальным проектам - особенно большепролетные (крытые рынки, катки, стадионы, бассейны, аквапарки, цирки, концертные залы) и возведенные в 1950-1970 годы. Что касается жилого фонда, то опасными могут быть знаменитые пятиэтажки (блочные и панельные дома без балконов или «на ножках»), а также здания из жилых серий массового строительства с неполным каркасом. В межсезонье, особенно в течение самого снежного месяца года, февраля, да еще при резких перепадах температуры риск обрушения таких зданий повышается в несколько раз. Эти здания были рассчитаны на 25 лет эксплуатации, а простояли уже более сорока.

По статистике, ошибки в проектировании становятся причиной инцидентов в 20-25% случаев, столько же приходится на ошибки строителей, остальное происходит из-за неправильной эксплуатации строений.

Причинами внезапных обрушений также могут быть: взрыв или механический удар; метеорологические катастрофы в виде ураганов, смерчей, наводнений.

Здание с ослабленной конструкцией рушится обычно в результате внешнего воздействия (смещение грунта, врезавшийся в здание автомобиль, забивание свай по соседству, и т. п.).

Под аварией при строительстве обычно

понимают серьезное повреждение или

разрушение строящегося сооружения или

его части, конструкций рядом расположен-

ных зданий и коммуникаций. В случае

аварии в конструкциях зданий и сооружений

возникают предельные состояния I группы,

т.е. нарушается их прочность или устойчи-

вость. Аварии при устройстве котлованов

связаны помимо этого с наступлением

предельного состояния в некоторых облас-

тях примыкающего грунтового массива.

Под аварийной ситуацией понимаются

создавшиеся в процессе строительства

отклонения от проекта или результатов

прогноза, которые требуют вмешательства в

производство работ и в противном случае

могут привести к аварии. Аварийные ситуа-

ции связаны, как правило, со значительными

непрогнозированными деформациями

ограждений котлованов или их элементов,

окружающих зданий, сооружений и комму-

никаций, т.е. с возникновением предельных

состояний II группыПричины, вызывающие аварии зданий и

сооружений, могут возникать на любом из

этапов их создания, начиная с инженерно-

геологических изысканий и заканчивая

процессом эксплуатации. Анализ комплекса

причин, наиболее часто приводящих к

авариям при строительстве глубоких котло-

ванов, позволяет выделить из них следую-

щие большие группы:

- Ошибки и просчеты при выполнении

инженерно-геологических и других видов

изысканий;

- Ошибки при проектировании, которые

могут допускать как геотехники, анализи-

рующие взаимодействие конструкций с

грунтовым массивом, так и конструкторы,

определяющие параметры конструктивных

элементов;

- Некачественное выполнение работ, не-

соблюдение при строительстве проектных

параметров, использование материалов и

технологий, не соответствующих проекту;

- Нарушения ПОС, несоблюдение преду-

смотренной проектом последовательности

производства работ;

- Ошибки в управлении проектом, отсут-

ствие надлежащего контроля качества,

недостаточный мониторинг, плохое взаимо-

действие с проектировщиком в процессе

строительства, несоблюдение сроков строи-

тельства;

- Неправильная эксплуатация;

- Форс-мажорные причины, связанные с

воздействиями, непредусмотренными строи-

тельными нормами и правилами, природного

и техногенного характера.

Помимо форс-мажорных обстоятельств,

которые не могут быть заранее предвидены

и подвергнуты анализу, остальные причины

возникновения аварийных ситуаций связаны

с человеческим фактором, т.е. носят субъек-

тивный характер. Ошибки человека могут

быть обусловлены следующими обстоятель-

ствами:

- недостатком информации или ее непра-

вильной интерпретацией;

- отсутствием достаточного опыта и не-

обходимой квалификации;

- неудовлетворительной организацией

трудового процесса;

- желанием сэкономить средства и время;

- необходимостью выполнения своих

обязанностей в условиях дефицита времени;

- отсутствием апробированных методик

анализа;

- отсутствием критического подхода и

пессимистических оценок;

- нежеланием обсуждать дискуссионные

вопросы, недостаточной публичностью.

К серьезным авариям котлованов приво-

дит обычно комплекс причин, друг с другом

связанных и вытекающих одна из другой.

Так недостатки инженерно-геологических

изысканий неминуемо влекут за собой

ошибки при проектировании, а ошибки в

управлении проектами всегда приводят к

снижению качества работ. Рассмотрим на

конкретных примерах аварийных ситуаций,

произошедших за последние годы в России и

за рубежом, наиболее характерные и повто-

ряемые составляющие причин обрушений

или сверхнормативных деформаций ограж-

дений глубоких котловановКогда случается крупная авария, к кото-

рой приводит, как правило, не один, а целый

ряд факторов, встает закономерный вопрос –

какой же из факторов явился ключевым? Что

должно было быть сделано для ее предот-

вращения? На каком из этапов уже невоз-

можно было избежать аварии?

В процессе технического расследования

причин аварийных ситуаций подрядчик

обычно доказывает, что проектные решения

были не достаточно надежны, проектиров-

щик, наоборот, утверждает – причиной

послужили отклонения от проекта. К ошибкам проекта, допущенным при

конструировании распорной системы в

котловане, комиссия по расследованию

причин аварии отнесла (Magnus и др., 2005):

- Отсутствие в чертежах части концевых

раскосов, которые учитывались в расчетах и

должны были распределять продольные

усилия в распорках;

- Недостаточную прочность узлов при-

мыкания распорок к обвязочным поясам

(рис. 23) в два раза ниже требуемой расче-

том;

- Замену ребер жесткости в узлах примы-

кания на С-образные вставки, приведшую к

их хрупкому разрушению;

- Прерывистый характер обвязочных

поясов на искривленных участках стены в

грунте.

Перед началом аварии были отмечены

также вертикальные деформации подъема

промежуточных стоек, связанные с ростом

избыточных поровых давлений в основании

котлована. Подъем стоек мог привести к

дополнительному продольно-поперечному

изгибу распорок, что еще более снижало их

несущую способность.

В качестве дополнительных факторов,

способствовавших аварии, комиссией были

отмечены:

- Задержка в установке 10-яруса распо-

рок;

Рис. 23. Выгиб ребра жесткости и опорной части

в месте примыкания распорки к обвязочному

поясу до случившейся аварии (Nicholson, 2005)

- Недостаточное заглубление стены в

грунте и промежуточных опор, связанное с

ошибками при моделировании;

- Высоковольтный кабель, пересекавший

котлован, явился причиной локального

ослабления распорной системы;

- Наличие погребенного канала в основа-

нии не было в достаточной мере учтено при

проектировании;

- Нижняя грунтоцементная плита была

выполнена тоньше, чем по проекту;

- Мониторинг на площадке выполнялся в

недостаточном объеме;

- Контроль качества строительства на

площадке был неудовлетворительным.

Серьезные претензии предъявлялись к

организации управления строительством.

Несмотря на явные и видимые признаки

проявления аварийной ситуации строитель-

ство не было остановлено, не была сделана

попытка выполнить обратный расчет конст-

рукции, проектное решение не обсуждалось

с независимыми экспертами и не подверга-

лось критическому анализу. Одним из источников непредвиденных

воздействий, как уже было показано, могут

являться подземные водонесущие коммуни-

кации, расположенные рядом с границами

котлованов. Наибольшую угрозу для под-

земного строительства представляют собой

напорные сети. Утечки из коммуникаций

могут быть связаны не только с их деформа-

циями в процессе устройства котлованов, но

также с их общим ветхим состоянием,

просадками, вызванными суффозией, и

иными причинами. При строительстве котлованов в россий-

ских условиях определенные неприятности,

несомненно, могут быть вызваны темпера-

турно-климатическими воздействиями. С

резкими сезонными и суточными перепада-

ми температур на территории нашей страны,

конечно, необходимо считаться. При проек-

тировании котлованов об этом часто забы-

вают, считая ограждение и распорки вре-

менными конструкциями, на которые не

распространяются требования строительных

норм и правил относительно учета темпера-

турных воздействий в основных сочетаниях

нагрузок для расчета достаточно протяжен-

ных сооружений. В настоящее время котло-

ваны, устраиваемые в России, достигают

гигантских размеров в плане, а их устройст-

во может продолжаться не один сезон. В

связи с этим температурные перепады

обязаны учитываться. Многие публикации,

посвященные мониторингу ограждений

котлованов, приводят результаты измерений

влияния температуры на усилия в распорках.

Отрицательные зимние температуры опасны

также тем, что при промерзании подпорных

конструкций, устроенных в пучинистых

грунтах, происходит увеличение давления и,

соответственно, внутренних усилий в конст-

рукциях. Ненадлежащее качество выполнения

строительных работ при устройстве котло-

ванов является прямой причиной значитель-

ного количества аварийных и предаварий-

ных ситуаций. Как показывает анализ стати-

стики аварийных ситуаций в России, пре-

имущественно имевших IV категорию, более

чем в 50% случаев их основной причиной

становилось низкое качество работ или

отступления от проекта в процессе строи-

тельства (Колыбин, 2005). Назовем самые

типичные из них.

Погрешности и ошибки при производстве

работ можно разделить на следующие

большие группы:

- Несоблюдение геометрических пара-

метров, требуемых проектом;

- Использование материалов или конст-

руктивных элементов, несоответствующих

требованиям проекта;

- Низкое качество монтажа элементов,

выполнения узлов, несоблюдение техноло-

гических требований;

- Нарушение предписанной последова-

тельности выполнения работ, несоблюдение

требований проекта организации строитель-

ства.

Наиболее характерными нарушениями,

относящимися к первой группе, являются:

отклонение от вертикали при изготовлении

ограждения котлована (рис. 48); несовпаде-

ние фактической глубины ограждения и

проектной (рис. 49); избыточная экскавация

грунта в котловане. О последствиях чрез-

мерной разработки грунтовых берм уже

говорилось ранее. Сверхпроектное переуг-

лубление котлована в Японии привело к

гибели пяти человек при обрушении ограж-

дения берлинского типа в результате недос-

таточной заделки в грунт подошвы стены

(Toyosawa и др., 1996).

В желании сэкономить недобросовестные

подрядчики иногда стремятся использовать

бетон более низкой марки, трубы иного

диаметра, прокат другого сортамента,

нежели заложено в проекте. Распространен-

ными в России стали попытки использовать

для устройства элементов распорной систе-

мы металлические трубы, бывшие в упот-

реблении и уже имеющие поперечные

деформации. Противостоять этому должен

хорошо организованный технический и

авторский надзор на площадке строительст-

ва.

Обеспечение надежности конструкций

узлов элементов распорных систем, как

было показано в предыдущих разделах,

является чрезвычайно важным для избежа-

ния аварийных случаев. С этой точки зрения

жесткому контролю должны подвергаться

сварные узлы соединения металлических

распорок, их связей и обвязочных поясов

(рис. 50). Должно обеспечиваться плотное

примыкание опорных узлов распорок к

обвязочным поясам и закладным деталям.

Обвязочные пояса должны быть замкнуты в

соответствии с проектом.

Рис. 48. Отклонение элемента ограждения от

вертикали.

Рис. 49. Сваи ограждения не доведены до проект-

ной отметки, что вызвало аварию (website).

Рис. 50. Дефектный узел раскрепления распорки.

При выполнении земляных работ в кот-

ловане подрядчик практически всегда заин-

тересован закончить работы как можно

быстрее и как можно более комфортно.

Нужно также обратить внимание на то, что

земляные работы обычно выполняют иные

фирмы, чем те, что заняты устройством

ограждений котлованов. Сотрудники

Причины разрушения зданий

Дождь и стекающая по стенам вода уносят с поверхности фасада здания частицы кирпича, камня, строительного раствора и бетона. Если при этом в дождевой воде растворены химические вещества, образующиеся в промзонах и в выхлопных газах автомобилей — окислы серы и азота, фосфора и даже обычная углекислота (кислотные дожди), то ущерб, наносимый поверхности материала возрастает многократно. Однако вода способна разрушать камень еще одним способом. Как и прочие материалы, камень способен впитывать воду, что сопровождается его набуханием. Все камни, конечно, набухают по-разному: например, пористый строительный раствор и кирпич впитывают много воды и сильно набухают, а гранит, практически не впитывает воду. В результате на границе между двумя разными строительными материалами, а иногда и между зернами одного и того же строительного материала возникают огромные напряжения, что приводит к образованию трещин.

При этом, конечно, свою роль играют и перепады температур, при которых все материалы расширяются и сжимаются по-разному. В солнечную погоду, например, температура темной гранитной поверхности легко достигает 70°С, а температура раствора, которым гранитная плита приклеена к стене, составляет около 30°С. Различное температурное расширение создает напряжение в камне, а в присутствии влаги, находящейся в швах, этот эффект существенно усиливается. Все это приводит к откалыванию облицовок.

Размораживание

Размораживание строительного камня может происходить даже в сухую морозную погоду. Сам по себе сухой камень практически нечувствителен к морозу. Однако представьте себе следующее: температура в квартире +20°С, относительная влажность 50% (комфортная), что соответствует содержанию влаги в воздухе 8,65 г/м3. На улице в это время: температура -10°С, относительная влажность 80%, т.е. влаги в воздухе около 1 г/м3. Естественно, что вода будет стремиться изнутри здания наружу. Но она не достигнет поверхности, т.к. сконденсируется и замерзнет в 2..3 см от нее. Кристаллы льда разорвут камень и возникнут трещины, параллельные поверхности облицовки. Пример: хорошо знакомые многим обколотые облицовочные пустотелые кирпичи. Это явление усиливается, если здание облицовано непаропроницаемым материалом, затрудняющим испарение влаги с поверхности, например, глазурованной плиткой или гранитом, или окрашено пленкообразующей краской.

Итог: твердые покрытия отрываются, пленочные покрытия трескаются и отшелушиваются.

Принципиально важна не только влагоемкость материала, но и способность собирать и отдавать (испарять) влагу. Например, внутри необработанного бетона вне зависимости от температуры конденсация воды из воздуха начинается уже при 75% относительной влажности. Испарение же ее затруднено и при морозе внутри образуются кристаллы льда, разрывающие камень. При теплой погоде конденсация влаги, кроме того, создает среду для размножения микроорганизмов.

Вред соли

Минеральные соли могут проникать вглубь материала либо с поднимающейся по капиллярам влагой из грунта, либо вместе с впитывающейся с поверхности водой. В развитых странах они образуются также при чистке поверхности зданий и санировании. Кристаллы соли разрушают структуру окружающего материала, что приводит к шелушению и отслаиванию краски и штукатурки и эрозии камня. Кроме того, поднимаясь по порам фундамента вместе с грунтовой влагой, они выступают на поверхности в виде корки, под которой также идут разрушительные процессы.

Плесени, лишайники, микроводоросли

Они опасны в первую очередь кислотными выделениями продуктов своей жизнедеятельности.

Биологическое разрушение — главный механизм старения древесины.

Ошибки при ремонте:

если не вся зона выветривания обработана специальными закрепителями камня, то может быть спровоцирована усиленная эрозия необработанных, а затем и обработанных участков;

нельзя комбинировать новые щелочные (цементные, известковые) строительные материалы для ремонта старых, нейтрализовавшихся кислотой воздуха, строительных деталей, подвергающихся воздействию влажности;

нельзя встраивать стальные детали в фасады без дополнительной антикоррозийной защиты, т.к. образующаяся ржавчина, занимая значительно больший объем, расколет окружающий материал. Сталь применима только в сильно щелочной среде (бетон, свежий известковый раствор).

Ошибки при строительстве:

укладка слоистого природного камня слоями параллельно поверхности фасада — гарантия растрескивания фасада;

некачественная гидроизоляция фундамента (обычное явление) приводит к капиллярному подъему влаги на значительную высоту;

применение несовместимых материалов, что может вызвать не только порчу окраски, но и растрескивание массы материала.

Защитные материалы

Для защиты строительных материалов от сырости применяются два принципиально разных типа материалов:

изолирующие материалы;

пропиточные материалы.

Изолирующие материалы

Изолирующие материалы образуют водонепроницаемую пленку или слой на поверхности стены. Пример: битумная гидроизоляция фундамента. В современном строительстве в качестве гидроизоляции часто применяется толстая полиэтиленовая пленка.

Недостатки:

нарушение целостности слоя резко снижает эффективность гидроизоляции, вплоть до ее полной потери;

неприменимость в надземной части здания. т.к. эти «недышащие» материалы усиливают размораживание фасадов, препятствуя удалению влаги из здания.

Пропиточные материалы

Они представляют собой кремнийорганические соединения: силиконаты, силаны, силоксаны, силиконовые смолы. Это вещества, соединяющие свойства неорганических молекул, родственных кварцу, со свойствами органических молекул, подобных парафину.

Отличительная черта этих защитных материалов заключается в том, что они не образуют поверхностных пленок. После обработки минеральных строительных материалов силиконами они полностью или почти полностью теряют способность к водопоглощению. При этом поры в них не закупориваются и они почти не меняют своего паропропускания. Более того, их водоотталкивающие свойства препятствуют образованию жидкой воды в мелких порах, так что даже при высокой влажности и низких температурах вода остается газообразной. Скорость высыхания таких камней возрастает многократно. Соли теряют подвижность, практически исчезает набухание.

Простейшие способы нанесения силиконовых пропиток — кистью или набрызгиванием из распылителя. Тем не менее, несмотря на хорошую глубину проникновения в толщу пористых материалов (по известняку, бетону, песчанику составляет до 4...6 см), внешние пропитки не защищают фундаменты от капиллярного поднятия влаги.

Для снижения влагопоглощения фундаментов применяют 2 методики:

введение силиконовых объемных гидрофобизаторов на стадии изготовления стройматериала;

заводская пропитка изготовленных изделий (ячеистого или газобетона, известняка, песчаника, кирпича) путем погружения в гидрофобизирующий раствор.

При ремонтных работах приходится прибегать к пропитке фундаментов методом инъекции в шпуры: в стенах сверлятся (почти насквозь) слегка наклонные шпуры, в которые заливается гидрофобизирующая пропитка. Образовавшийся водоотталкивающий слой предохраняет весь фундамент от подъема влаги.

Требования к эффекту от пропиток:

снижение водопоглощения не менее чем на 70%;

снижение паропропускания не более чем на 5%.

Срок действия силиконовых средств защиты составляет несколько десятков лет. Они не изменяют глянца, придают водоотталкивающие свойства и устойчивы к ультрафиолетовому излучению. Существующие средства для обработки камня придают ему не только водоотталкивающие, но и маслоотталкивающие свойства, что резко снижает загрязнение поверхности и позволяет бороться с граффити.

Особое место среди силиконовых средств защиты зданий занимают краски и штукатурки на основе силиконовых смол, которые обладают прекрасными водо- и грязеотталкивающими свойствами, паропропусканием и необыкновенной долговечностью.

Относительно недавняя разработка — силиконовые пропитки для дерева, которые позволяют консервировать его на десятки лет не изменяя внешне.

Следует предупредить, что в работе с силиконовыми пропитками много тонкостей и нарушения технологии могут привести к отрицательным результатам.