Фундамент – это структурный элемент, который обеспечивает поддержку различных нагрузок, действующих на надстройку. Он является связующим звеном между конструкцией и ее конечной опорой, т.е. грунтом под ней. Фактическая передача нагрузки может осуществляться путем непосредственного опирания на грунт или скалу или с помощью промежуточных элементов, таких как сваи или кессоны.
Как правило, разрушение фундамента относится как к разрушению конструктивных элементов фундамента, таких как фундамент или сваи, так и к разрушению грунта. Первый тип разрушения происходит в результате перегрузки фундамента. В то время как последний возникает из-за небрежности при выборе места для фундамента или потери несущей способности из-за смежных работ. Отказы фундамента в результате разрушения основания – редкое явление.
В этой статье мы рассмотрели десять наиболее распространенных причин, которые приводят к разрушению фундамента.
1. Нарушение передачи нагрузки
Хорошо спроектированная и правильно построенная жесткокаркасная конструкция может выдержать значительные перемещения фундамента. Когда сборка стен, полов, рам и перегородок жестко соединена, система будет адекватно подстраиваться под дифференциальные движения фундамента. Передача нагрузки осуществляется за счет действия каркаса через опору, предлагаемую фундаментом. Когда жесткость взаимосвязанных элементов отсутствует, передача нагрузки происходит через одну опору. Таким образом, нагрузка будет действовать непосредственно на грунт. Если эта единственная опора в грунте отсутствует, конструкция может разрушиться.
В случае, когда жесткость примыкания присутствует, но не имеет достаточной прочности, примыкающая конструкция может разрушиться. Рисунок-1 иллюстрирует описание этого действия. Четыре человека несут бревно, вес которого равномерно распределен на всех. Однако, когда A опускается в канаву (некачественный фундамент), его часть нагрузки внезапно передается на B, который может оказаться не в состоянии выдержать дополнительную нагрузку.
Иллюстрация отказа при передаче нагрузки
2. Подрыв надежной опоры
Перед началом строительства необходимо провести тщательное исследование грунта. Помимо тщательного изучения грунтовых пластов непосредственно под предполагаемым сооружением, необходимо внимательно изучить существующие соседние сооружения. Для предотвращения бокового смещения грунта следует предусмотреть надежную систему крепления и подпорки. В тех случаях, когда новое сооружение будет подрывать существующую опорную систему, необходимо установить постоянную опорную конструкцию, например, подкосы. Если эти положения игнорируются или полностью отсутствуют, в существующей конструкции могут появиться трещины, а иногда может произойти и трагическое обрушение фундамента.
Хорошо спроектированная система крепления и опоры
3. Боковое движение
Хорошо известно, что 1 дюйм бокового движения фундамента может нанести больший ущерб, чем 1 дюйм вертикальной осадки. Боковые перемещения происходят либо из-за устранения существующих боковых сопротивлений, либо из-за добавления активного бокового давления. Насыщение грунта часто увеличивает активное давление и уменьшает пассивное сопротивление.
Боковое движение грунта под зданиями также может привести к обрушению здания. Как правило, во время сильных бурь разрушенные дренажи вдоль фундаментов вызывают вымывание грунта, что в конечном итоге приводит к разрушению фундамента.
Изменение интенсивности давления на стены часто вызывает разрушение, особенно в неармированных бетонных стенах подвалов. Эти стены редко исследуются на предмет высокого давления грунта. Пучение грунта на земле, прилегающей к строениям, часто вызывает большие боковые давления. Обломки разрушенных зданий часто нагромождаются рядом со стенами подвалов, которые не были рассчитаны на такие нагрузки. Таким образом, стены подвала часто обрушиваются и приводят к полному разрушению конструкции.
4. Неравная опора
Основное правило механики фундамента гласит, что не существует передачи нагрузки без деформации. Когда нагрузка передается на грунт через фундамент, происходит деформация грунта. Другими словами, при нагрузке все фундаменты оседают. При одинаковом сопротивлении грунта и одинаковом распределении нагрузки величина осадки одинакова для разных фундаментов.
Однако, когда сопротивления грунта не одинаковы, возникают дифференциальные осадки. Это может привести к опрокидыванию конструкции: часть конструкции, основанная на более слабом грунте, откинется. Если каркас не является непрерывным, хрупкая каменная кладка может треснуть во время сдвига.
Все эти недостатки почвенной поддержки могут быть исправлены, и часто их исправляют. Однако такие исправления обычно довольно дорогостоящие и связаны с подсыпкой более слабого грунта. Использование дополнительных свай или установка свай-домкратов – наиболее часто используемые и наиболее успешные методы.
Разрушение фундамента из-за неравномерной поддержки
5. Пучение
Когда фундамент нагружается, грунт, поддерживающий фундамент, реагирует на это упругостью и сжатием для обеспечения сопротивления. Фактическое сжатие грунта происходит быстро в случае зернистых грунтов, но гораздо медленнее в случае глины. Как только происходит сжатие, конструкция остается устойчивой, поскольку фундамент больше не оседает. Эта устойчивость зависит от участков грунта непосредственно под фундаментом или, в случае свай, от грунта вблизи наконечника сваи. Если почва под фундаментом удалена или нарушена, может возникнуть оседание или боковое движение.
Когда область грунта вблизи фундамента нагружается новым сооружением, это вызывает новое сжатие в объеме грунта. В этом случае произойдет дополнительное неожиданное новое оседание ранее устойчивого здания. Если новое здание не отделено от существующей постройки, то осадка, вызванная новой нагрузкой, перегрузит ранее устойчивое основание.
В пластичных грунтах эти новые осадки часто сопровождаются движениями вверх и пучениями. Однако, когда вся конструкция оседает медленно в течение длительного периода времени, эти осадки могут быть приемлемыми, если они равномерны. Но большие дифференциальные осадки приведут к повреждению конструкции.
Разрушение фундамента из-за дифференциальной осадки
6. Просадка
Просадка происходит из-за усадки почвы при снижении уровня грунтовых вод или из-за высыхания в результате роста деревьев с последующими дифференциальными осадками.
Сваи, заделанные в слои грунта, будут консолидироваться из-за обезвоживания или в результате дополнительной нагрузки, действующей на грунт. Эти новые дополнительные нагрузки увеличат плотность грунта за счет увеличения поверхностного трения, в результате чего новые нагрузки на грунт повиснут на сваях. Это явление называется отрицательным трением. Дополнительная нагрузка может вызвать значительное увеличение осадки и даже выдернуть сваю из оголовка сваи.
7. Ошибка проектирования
К сожалению, многие фундаменты проектируются с недостаточным предварительным исследованием грунта. Это может привести к неадекватной поддержке надстройки. Впоследствии такие конструкции часто требуют дорогостоящих работ по исправлению.
Распространенная ошибка при проектировании часто допускается в целях экономии первоначальных затрат на строительство. Например, проектировщики предусматривают свайную опору для стен и крыши, в то время как основной этаж располагается на уплотненных песчаных отсыпках. В основном, на промышленных предприятиях крыши опираются на сваи, в то время как пол, поддерживающий дорогостоящее оборудование, располагается на почвенной засыпке в целях экономии первоначальных затрат на строительство. Логичнее поддерживать дорогостоящее оборудование на сваях, а крыше позволить оседать на грунте. Тяжелое заводское оборудование обычно требует установки на точно выровненных полах, и небольшие дифференциальные осадки могут стать причиной для беспокойства.
Укладка плит перекрытия на неадекватную почвенную засыпку – это ложная экономия на стоимости строительства. Истинная экономичность измеряется суммой первоначальных затрат и затрат на эксплуатацию в течение срока службы.
Отказ фундамента из-за ошибки проектирования
8. Строительные ошибки
Существует два распространенных типа ошибок при строительстве; первый включает в себя временные меры защиты на этапе строительства, а второй – работы по устройству фундамента.
Большинство отказов фундаментов связаны с ошибками первого типа, относящимися к временным опорам и скобам, а также временным перемычкам для боковой защиты и насосных работ. Из-за временного характера этих сооружений меры безопасности часто сводятся к минимуму по экономическим причинам.
Второй тип ошибок возникает из-за неправильных бетонных работ в фундаменте, таких как ненадлежащее качество бетона и бессистемное размещение арматуры. Полости внутри монолитных свай часто обнаруживаются там, где отсутствует контроль качества. Отсутствие методов проверки на ранних этапах строительства в основном является причиной огромных убытков, вызванных такими ошибками.
Разрушение фундамента из-за ошибок при строительстве
9. Изменение уровня воды
Изменение содержания воды может изменить размеры и структуру несущего грунта. Во многих случаях компании по водоснабжению извлекают грунтовые воды до такого уровня, что это приводит к понижению уровня грунтовых вод и, в свою очередь, вызывает образование поселений с серьезными разрушениями. Откачка воды из прилегающих строительных котлованов также влияет на устойчивость существующих фундаментов. Было установлено, что строительство новых плотин также приводит к понижению уровня реки, вызывая тем самым серьезные повреждения и растрескивание прилегающих сооружений.
В основном, в глинистых грунтах проблема пучения возникает из-за перенасыщения. Поэтому на таких грунтах конструкции должны быть спроектированы таким образом, чтобы выдерживать смещение вверх, либо опорный грунт должен быть защищен от затопления.
10. Воздействие вибрации
Когда грунт подвергается воздействию вибрационных импульсов, может произойти изменение его объема, если он не полностью консолидирован. Источником вибрационных импульсов может быть строительная техника, сваебойные машины, механическое оборудование в готовом здании, движение по дорожному покрытию, а также ударная взрывная волна. Ниже рассматриваются два основных источника вибрации, которые являются распространенной причиной разрушения фундамента.
Сильный ущерб может быть нанесен при использовании как ударных, так и вибрационных молотов во время забивки свай. В нескольких случаях целые ряды зданий были признаны небезопасными и впоследствии снесены из-за забивания свай в близлежащем районе.
Взрывные работы должны быть тщательно спланированы, чтобы избежать серьезных повреждений соседних строений. Необходимо установить критерий максимальной скорости частиц, который является мерой интенсивности вибрации. Необходимо снимать постоянные показания с помощью сейсмографов. Повреждения от взрывных работ часто настолько потенциально серьезны, что размер зарядов взрывчатки должен быть ограничен, чтобы удержать вибрации на допустимом уровне.
Вопросы и ответы
Как раскопки для новых канализационных траншей влияют на фундамент существующих зданий?
Раскопки новых канализационных траншей рядом с существующими зданиями могут привести к подрыву фундаментов. Это может привести к образованию трещин и даже к полному разрушению конструкции.
Каковы типы разрушения фундамента под воздействием нагрузок?
Ниже перечислены типы разрушения фундаментов под воздействием нагрузок:
1. Сдвиговое разрушение при продавливании
2. Отказ при изгибе
3. Разрушение при одностороннем сдвиге
Какие бывают виды разрушения фундамента под нагрузкой?
Каковы причины разрушения фундаментов в зданиях?
Виды разрушения фундаментов на грунте – причины и способы устранения
Читайте далее:- Типы свай в зависимости от передачи нагрузки, функции, материала и грунта.
- Как выбрать тип свайного фундамента для строительства?.
- Типы движений грунта – причины и рекомендуемые подходящие фундаменты.
- Стальные свайные фундаменты – типы, конструкция и соединения.
- Ошибки при цепной съемке – виды и причины.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Сваи, уменьшающие осадку свай в свайных подвалах и шахтах.