05 декабря 2017г.
В 2015 году нам поступил заказ на проведение технического обследования школы №10 в г. Саров. Причиной проведения обследования стали многочисленные трещины, образовывающиеся в кирпичных стенах здания. Новые трещины образуются ежегодно с начала эксплуатации здания (год ввода в эксплуатацию 1974). По ранее установленным маякам выявлено, что и старые трещины продолжают расти. Пердыдущие обследования не смогли установить причину образования трещин.
Здание представляет из себя Н образное строение с 4-х (Н=14,76 м) и 2-х (Н=8,76 м) этажными крыльями и двухэтажным переходом (рис. 1). Под высокой частью здания находится подвал.
Наружные стены кирпичные, толщиной 640 мм, из силикатного кирпича. Внутренние
несущие стены кирпичные, толщиной 380 мм, из силикатного кирпича. Перегородки кирпичные в полкирпича. Междуэтажные перекрытия: железобетонные многопус тотные плиты. Фундамент: ленточный из бетонных блоков толщиной 400-600 мм. Глубина заложения фундамента – 2050 – 3350 мм. Кровля: рулонная. Конструкция полов: керамическая плитка по ц/п стяжке; деревянные по лагам, покрытые линолеумом. Конструктивная схема здания: смешанная с продольными и поперечными несущими стенами. Здание имеет жёсткую конструктивную схему. Деформационные швы устроены по оси В и Г.
В процессе обследования установлены многочисленные трещины в стенах здания, распространяющиеся в основном от фундамента здания (рис. 2).
Определенная с помощью неразрушающих методов марка кирпича силикатного – не ниже М125. Марка раствора не ниже М50. Прочность кирпичной кладки оказалась достаточна для безопасной эксплуатации здания. Других замечаний по качеству кирпичной кладки не выявлено. Поверочные расчеты показали, что имеется как минимум
4-х кратный запас прочности в стенах. Следовательно
причина трещин не в стенах.
Конструкция и материал фундаментов также отвеч ает требованиям строительных норм по несущей способности и безопасности эксплуатации.
При обследовании грунтов основания выявлено, что
в
качестве
несущего
слоя грунтового основания использованы грунты ИГЭ -2 – Песок
средней крупности, плотный, малой степени водонасыщения
(fQI) со следующими с расчетными значениями: СII = 2,1 КПа; φII = 38°; Е = 41 МПа; γII =18,4 кН/м3. Грунтовые
воды не обнаружены. Глубина заложения
достаточна
для
исключения
влияния сезонного промерзания. Здание отдельностоящее. Поверочны е
расчеты установили
коэффициент запаса несущей способности фундамента по расчету по деформациям 2,3.
Стало понятно, почему предыдущие обследования не выявили причину образования трещин: все расчетные показатели были не только
в
норме, но
имели значительн ый запас. Однако каждый год появлялись новые трещины.
Подсказка была найдена в
статье
Каримова
Р.М.
«Особенности развития осадок зданий, построенных на элювиальных грунтах» [1], в которой описаны случаи, когда расчет фактических нагрузок показал, что дополнительные осадки частей здания возникли при давлении по подошве, которое в 2,5 раза меньше расчетного сопротивления. Причина осадок
– просадки в элювиальных
грунтах, которое испытывает здание
на протяжении более 15 лет.
Непосредственным основанием фундамента является пески средней крупности, которые в качестве основания имеют превосходные характеристики,
однако
глубина
заложения фундамента
проходит практически полностью всю толщу песков и буквально в нескольких сантиметрах
ниже
подошвы фундамента залегают доломитовая мука либо дресвяный песчаный карбонатный грунт, которые относятся к элювиальным карбонатным грунтам.
Элювиальные карбонатные грунты обладают рядом неблагоприятных инженерно -геологических свойств: просадочностью, склонностью к механической и химической суффозии, снижением прочности и увеличением сжимаемости при водонасыщении,
образованием плывунов.
Согласно проведенным инженерно -геологическим исследованиям карбонатные грунты имеют следующие
свойства (рис. 3):
ИГЭ-3 Дресвяный песчаный карбонатный грунт: W = 48%; е = 1,48 д.е ИГЭ-4 Доломитовая мука: W = 15%; е = 0,91 д.е
Согласно СП
22.13330.2011
п. 6.5.1 у грунтов с коэффициентом пористости е>0,6 и степенью влажности
W<0.7 возможно наличие просадочных свойств.
Согласно п. 5.12 «Рекомендаций по оценке инженерно -геологических свойств элювия карбонатных грунтов и учету их изменения при строительстве» приведенные грунты при коэффициенте пористости более 0,9 и степени водонасыщения менее 0,8 обладают просадочными свойствами:
– для ИГЭ-3 значение относительной просадочности 0,065
– для ИГЭ-4 значение относительной просадочности 0,012
Наибольшие просадочные деформации у доломитовой муки наблюдаются при замачивании без нагрузки образцов с нарушенной структурой и рыхлы м сложением
Механизм просадки у карбонатного элювия отличается от лессовых пород тем, что в элювии практически отсутствуют легкорастворимые соли, создающие в лессах неводостойкие структурные связи. Посадка в карбонатном элювии подобна самопроизвольному
уплотнению при
водонасыщении
рыхлых песков, представленных терригенными материалами.
В связи с тем, что геологические исследования не выявили грунтовых вод, просадочные свойства грунтов проявляются только в сезоны весенних паводков и уплотнение
карбонатной
структуры
под подошвой фундамента происходит в
течении
довольно длительного
времени. Тот
факт, что на установленных в апреле 2015 года маяках при их осмотре в августе 2015 года обнаружены трещины говорит о том, что процессы просадок не ослабли.
Наибольшую неравномерность осадок фундамента получили двухэтажные части здания, так как они имеют меньшую жесткость по
сравнению с четырехэтажной
частью (меньшее отношение высоты здания или его отсека к его длине ухудшает условия работы фундамента, табл. 5.4. СП 22.13330.2011) .
Продольные несущие стены получили большую просадку, чем поперечные
самонесущие,
в результате чего образовались трещины с наибольшей шириной
раскрытия
в
верхней части
здания в середине стены.
Для устранения причины образования трещин рекомендовано распределить усилия от неравномерной осадки фундамента путем закладки разгружающих металлических балок в уровне верха цоколя фундамента и в уровне перекрытия 1-го этажа. Рекомендовано устройство
отмосток шириной не менее 2 м, не допускать скопления талых и дождевых вод возле
здания, проводить
срочные противоаварийные меры при обнаружении утечек из инженерных сетей здания.
Список литературы
1. Каримов Р.М. Особенности развития осадок зданий, построенных на элювиальных грунтах // Вестник ЮУрГУ, №22,
2007. С. 58-59.
