Обследование строительных сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обследование строительных сооружений



1. Обследование зданий

Техническое обследование здания проводят с целью получения объективных данных о фактическом состоянии строительных конструкций и инженерного оборудования с учетом изменения во времени.

Обследование проводится в три этапа.

Первый этап - сбор и изучение технической документации, обобщение сведений по строительству и эксплуатации здания.

Второй этап - обследование несущих и ограждающих конструкций наземной части здания.

Третий этап - обследование фундаментов и грунтов основания.

При ознакомлении с технической документацией изучаются исполнительные рабочие чертежи здания, акты на скрытые работы, заключения комиссий по результатам ранее произведенных обследований, данные геологических изысканий. Особое внимание уделяется сведениям по технической эксплуатации здания: присутствию вибрационных технологических нагрузок, агрессивным воздействиям, случаям промораживания грунта в основании фундаментов, подтоплениям подвальных помещений атмосферными, грунтовыми или техническими водами и пр.

Обследование наземной части здания, как правило, начинается с оценки соответствия объемно-планировочных и конструктивных решений здания в натуре исходному проекту. При этом проверяются важнейшие размеры конструктивной схемы: длина пролетов, размеры сечения несущих конструкций, высота этажей и пр. Диагностика состояния конструкций обычно производится с использованием нескольких методов: визуально, простейшими механическими инструментами, приборами неразрушающего контроля, лабораторными и натурными испытаниями.

В задачу визуального осмотра входит оценка физического состояния отдельных конструктивных элементов и здания в целом. Осмотру подлежат все несущие и ограждающие конструкции здания: кровля, стропила, перекрытия, стены и фундаменты. Особо тщательно обследуются узлы сопряжения элементов, длина опирания и качество сварных соединений. По результатам визуального осмотра составляется карта дефектов и оценивается степень физического износа конструкций. Помогают в этом и специальные таблицы, разработанные Госгражданстроем [18].

В процессе визуального осмотра выявляются конструктивные элементы, несущая способность которых вызывает опасение. К ним относятся: железобетонные конструкции с опасными нормальными и наклонными трещинами, следами коррозии арматуры; каменные конструкции с трещинами и глубокими повреждениями кладки.

При осмотре стен устанавливаются дефектные зоны, снижающие теплозащиту и прочность стенового ограждения. В панельных зданиях особо тщательно обследуются стыки стеновых панелей, из-за неудовлетворительной герметизации которых часто происходит промерзание стен, а также возрастает их водопроницаемость и продуваемость.

В кирпичных зданиях исследуется состояние кирпичной кладки, определяются зоны механических и физико-химических разрушений.

К особо опасным повреждениям относятся трещины, которые образуются в результате неравномерной осадки фундаментов или их перегрузка. Участки стен с серьезными повреждениями обследуются инструментально, приборами неразрушающего контроля, а при необходимости отбираются пробы материала стен для испытания в лабораторных условиях.

По результатам испытаний и проверочных расчетов уточняется физический износ стен и оцениваются их эксплуатационные качества.

При осмотре колонн обращается внимание на состояние поверхности, выявляются участки механических повреждений мостовыми кранами, перемещаемым грузом и автотранспортом, фиксируются имеющиеся трещины и анализируются причины их образования. Трещины могут свидетельствовать о коррозии арматуры в бетоне, потере местной устойчивости сжатых стержней (при редком шаге поперечной арматуры), перегрузке колонн и т.п.

При осмотре перекрытий первоначально оценивается общее состояние их элементов (балок и настила), а затем - состояние полов. Те из элементов, где обнаружены большие прогибы, трещины или следы коррозии материала, подвергают более глубокому обследованию. Одновременно уточняется длина площадки опирания элементов на поддерживающую конструкцию (консоли колонн, стены, ригели) и корректируется расчетная схема.

При осмотре покрытия основное внимание обращается на состояние несущих конструкций: стропильных ферм, балок и плит настила. Кроме того, обследуются кровля и утеплитель. Обнаруженные следы протечек кровли, зоны переувлажненного утеплителя и разрыва водоизоляционного ковра заносятся на карту дефектов кровли.

Увеличение нагрузки от водонасыщенного утеплителя учитывается в поверочном расчете прочности покрытия, а снижение теплозащитных свойств утеплителя - в теплотехническом расчете.

Целью инструментального обследования зданий является получение количественных данных о состоянии несущих и ограждающих конструкций: деформациях, прочности, трещинообразовании и влажности.

Инструментальному обследованию подлежат конструкции с явно выраженными дефектами и разрушениями, обнаруженными при визуальном осмотре, либо конструкции, определяемые выборочно по условию: не менее 10% и не менее трех штук в температурном блоке. Методы инструментального обследования и используемая для этого аппаратура приводятся в табл. 11.1.



Таблица 11.1

Методы инструментального обследования

№ п/п	Исследуемый параметр	Метод испытания или измерения	Инструменты, приборы, оборудование
1	2	3	4
1	Объемная деформация здания	Нивелирование	Нивелиры: Н-3, Н-10, НА-3 и др.
		Теодолитная съемка	Теодолиты: Т2, Т15, ТаН и др.
		Фотограмметрия	Фотоаппараты, стереокомпаратор
2	Прогибы и перемещения	Нивелирование	Нивелиры: Н-3, Н-10, НА-1 и др.
		Прогибомерами: а) механического действия б) жидкостными на принципе сообщающихся сосудов	ПМ-2, ПМ-3, ПАО-5 П-1
3	Прочность бетона	Метод пластической деформации (ГОСТ 22690.0-88)	Молоток Физделя, молоток Кашкарова, пружинистые приборы: КМ, ПМ, ХПС и др.
		Ультразвуковой метод (ГОСТ 17624-87)	УКБ-2, Бетон-5, УК-14П, Бетон-12 и др.
		Метод отрыва со складыванием (ГОСТ 226900-88)	ГПНВ-5, ГПНС-4
		Метод сдавливания	Динамометрические клещи
4	Прочность раствора	Метод пластической деформации	Склерометр СД-2
5	Скрытые дефекты материала конструкции	Ультразвуковой метод	Приборы: УКБ-1, УКБ-2, Бетон-12, Бетон-5, УК-14П
		Радиометрический метод	Приборы: РПП-1, РПП-2, РП6С
6	Глубина трещин в бетоне и каменной кладке	Подсечка трещин	Молоток, зубило, линейка
		Ультразвуковой метод	УК-10ПМ, Бетон-12, УК-14П, Бетон-5, Бетон-8УРЦ и др.
7	Ширина раскрытия трещин	Измерение стальными щупами и пр.	Щуп, линейка, штанген-циркуль
		С помощью отсчетного микроскопа	МИР-2
8	Толщина защитного слоя бетона	Магнитометрический метод	Приборы:ИЗС-2, МИ-1, ИСМ
9	Плотность бетона, камня и сыпучих материалов	Радиометрический метод	Источники излучения: Cs-137, С0-60 Выносной элемент типа ИП-3 Счетные устройства (радиометры): Б-3, Б-4,
		(ГОСТ 17623-87)	Бетон-8-УРЦ
10	Влажность бетона и камня	Нейтронный метод	Источник излучения Ra-Be, Датчик НВ-3 Счетные устройства: СЧ-3, СЧ-4, "Бамбук"
11	Воздухопроницаемость	Пневматический метод	ДСК-3-1, ИВС-2М
12	Теплозащитные качества стенового ограждения	Электрический метод	Термощупы: ТМ, ЦЛЭМ, Теплометр ЛТИХП
13	Звукопроводность стен и перекрытий	Акустический метод	Генератор "белого" шума ГШН-1 Усилители:УМ-50,У-50 Шумомер Ш-60В Спектрометр 2112
14	Параметры вибрации конструкции	Визуальный метод	Вибромарка
		Механический метод	Виброграф Гейгера, ручной виброграф ВР-1
		Электрооптический метод	Осциллографы: Н-105, Н-700, ОТ-24-51, комплект вибродатчиков
15	Осадка фундамента	Нивелирование	Нивелиры: Н-3, Н-10, НА-1 и др.

Особое внимание уделяется обследованию зданий, испытавших воздействие пожара. При этом обследование условно разделяют на предварительное и детальное.

В процессе предварительного обследования собираются сведения о пожаре, устанавливается местонахождение очага пожара, время обнаружения и ликвидации пожара, максимальная температура, продолжительность интенсивного горения и средства тушения.

На основе имеющейся строительной документации и данных натурного обследования составляются планы этажей, где указываются места расположения аварийных помещений и конструкций. Результаты предварительного обследования оформляются актом и в дальнейшем используются при разработке плана мероприятий детального обследования. К акту прилагается таблица результатов предварительного обследования.

В задачу детального обследования входит определение структурных и физико-механических повреждений материала конструкций, вызванных действием высоких температур и резким охлаждением при тушении пожара.

В процессе детального обследования определяется температура нагрева поверхности конструкций, а также оценивается прочность бетона и арматуры.

Особое внимание при обследовании уделяют прочности материалов конструкций. Прочность бетона определяется как неразрушающими методами (ультразвук, пластическая деформация), так и методами с частичным разрушением тела конструкции (отрыв со скалыванием, извлечение кернов для лабораторных испытаний и пр.).

Следует подчеркнуть, что наиболее достоверную информацию о прочности бетона дает испытание кернов. Именно этот метод рекомендуется использовать при обследовании ответственных конструкций.

Показатели прочности арматуры устанавливают при испытании образцов, вырезанных из конструкций, в наибольшей степени поврежденных пожаром.

Если отсутствуют экспериментальные данные, то величину снижения прочности бетона и арматуры определяют через понижающие коэффициенты, регламентируемые нормами.



2. Обследование грунтов и фундаментов

Обследование грунтов основания и фундаментов производят при увеличении существующих нагрузок на фундаменты или в связи с неравномерными деформациями основания, приведшими к образованию трещин в стенах эксплуатируемого здания. При этом грунты исследуются с помощью разведочных скважин и шурфов.

Количество разведочных скважин устанавливается по результатам предварительного изучения инженерно-геологической документации, данных натурного обследования конструкций и конфигурации здания.

В районах со сложными инженерно-геологическими условиями, характеризуемыми наличием просадочных или набухающих грунтов, возможностью оползней, количество разведочных скважин увеличивается, а инженерные изыскания проводятся силами специализированных организаций.

Дополнительно к скважинам обследование грунтов основания производится с помощью шурфов.

Шурфы прокапываются у стен здания или отдельно стоящих опор на 1,5 м ниже отметки подошвы фундамента. Количество шурфов устанавливается в зависимости от характера повреждений здания, состояния несущих стен и фундаментов. Если повреждения не связаны с увеличением нагрузок на основание и отсутствуют признаки неравномерной осадки фундаментов, количество шурфов принимается не более трех на здание с застроечной площадью до 1000 м². Количество шурфов соответственно увеличивается при сложных гидрогеологических условиях и просадочных грунтах. Шурфы закладываются в местах наибольшей деформации стен и подвалов, на участках с разрушенной отмосткой, в зонах локальных подтоплений из водопроводно-канализационной сети.

Из шурфов отбираются пробы грунта для определения его физико-механических свойств: влажности, плотности, угла внутреннего трения, удельного сцепления и модуля деформации. Количество проб, необходимое для определения нормативных и расчетных характеристик, устанавливается в зависимости от степени неоднородности грунта и класса здания.

Результаты инженерно-геологических изысканий представляются в форме отчета, где отражаются литологическое строение основания, гидрогеологическая характеристика, результаты определения физико-механических свойств грунта. К отчету прилагаются геологические и гидрогеологические карты, а также инженерно-геологические разрезы толщи грунта (колонки скважин).

Обследование фундаментов производится из тех же шурфов, из которых отбирались пробы грунта. При этом устанавливается тип фундамента, его конфигурация и вид применяемых материалов. Одновременно определяется глубина заложения фундамента, а с помощью сверления или подкопа с использованием Г-образного щупа - и ширина подошвы. При обследовании свайных фундаментов замеряется сечение свай и интервал между ними (на 1 п.м. длины фундамента).

Особо тщательно осматриваются узлы сопряжения фундаментов с другими конструкциями: свай с ростверком, отдельных фундаментов с фундаментными балками и колоннами, ленточных фундаментов со стенами. При обнаружении в конструкции фундамента дефектов производится его дополнительное обследование физическими или механическими методами. Для определения класса бетона обычно используются методы пластического деформирования, а для обнаружения скрытых дефектов - ультразвук.

После выполнения работ по обследованию фундамента шурф послойно засыпается грунтом, утрамбовывается, а затем восстанавливается отмостка.

Результаты обследования фундаментов завершаются составлением технического заключения, где приводятся данные изучения архивных материалов: конструктивные изменения здания в период эксплуатации, даты экстремальных подтоплений грунтовыми и технологическими водами, происшедшие деформации фундаментов, изменения технологических (эксплуатационных) нагрузок и пр. Кроме того, в отчёте, представляются эскизы конструкции фундаментов с указанием их основных размеров и глубины заложения, а также результаты исследования прочности материала фундамента.

3. Осмотр объекта, изучение документации

Предварительный осмотр имеет целью установление соответствия компоновочной и конструктивной схем несущих конструкций требованиям технической документации. В ходе предварительного осмотра может быть установлена частичная или полная потеря работоспособности конструкций, что определяется видимым изменением положения (взаимное смещение, осадка) конструктивных элементов сооружения в пространстве, а также наличием магистральных трещин. При осмотре выявляются наиболее поврежденные участки конструкции, а также несущие элементы, находящиеся в наиболее неблагоприятных условиях эксплуатации. Визуально оценивается общее состояние конструкций: наличие увлажненных участков бетона, состояние защитных покрытий, наличие коррозии и т.д. Таким образом в ходе предварительного осмотра собирается информация, позволяющая уточнить программу и объемы работ по обследованию.

Далее необходимо ознакомиться с технической документацией. В случае, когда документация отсутствует, необходимо установить:

· год возведения объекта;

· нормы, по которым проектировался объект;

· характерные схемы конструкции и их особенности, свойственные определенным периодам развития строительной техники;

· организации, проектировавшие и строившие объект; данные об объекте в периодической технической печати тех лет, когда он проектировался или возводился, и сведения по аналогичным объектам и конструкциям, на которые есть техническая документация.

При изучении документации особое внимание необходимо обратить на проектные расчеты, планы, продольные и поперечные разрезы конструкций, рабочие деталировочные чертежи элементов конструкций и узлов; конструктивную схему, обеспечивающую пространственную жесткость сооружения; физико-механические параметры строительных материалов; сроки выполнения отдельных видов строительных работ; условия эксплуатации (нагрузки на несущие элементы конструкций; максимальную и минимальную температуру воздуха снаружи и внутри здания; вредные выделения, связанные с технологическим процессом; характер вибрационных воздействий; осадки фундаментов и время стабилизации осадок); замечания контролирующих комиссий, сделанные при строительстве и приемке объекта в эксплуатацию, при ранее проводимых обследованиях, и принятые меры по устранению недостатков; данные о ремонтах и усилениях несущих конструкций.

4. Причины повреждений и аварийные ситуации

Строительные конструкции обследуемого сооружения в общем случае могут быть подвержены физическим, химическим, биологическим и специальным воздействиям. Очень часто причиной повреждений и аварийных ситуаций является отсутствие учёта некоторых реальных воздействий на стадии проектирования конструкций или отступление от нормальных условий эксплуатации сооружения. В связи с этим при обследовании обязательным является определение параметров реальных нагрузок и воздействий и сопоставление полученных результатов с данными, указанными в документации.

Перегрузки несущих конструкций зданий могут возникнуть как при строительстве сооружения, так и в процессе его эксплуатации. Дополнительные неучтенные силовые воздействия появляются в результате увеличения полезной нагрузки при подвеске к конструкциям различного вида дополнительного оборудования, накоплении снега, наледи, производственной пыли. Увеличение постоянной нагрузки на перекрытие возможно за счет наложения дополнительных слоев при ремонте пола. Эти отклонения обнаруживаются при детальном осмотре здания.

Очень существенное влияние на состояние несущих конструкций оказывает внешняя среда, она характеризуется целым рядом факторов, важнейшими из которых являются температура, влажность, скорость и направление ветра (воздушных потоков внутри здания), степень агрессивности производства.

Воздействие температуры и влажности вызывает появление напряжений в конструктивных элементах, а также активно способствует коррозии строительных материалов. Температура и влажность измеряются как внутри, так и снаружи здания. При обследовании промышленных сооружений производятся измерения температуры газовых и жидких сред, сыпучих и твердых тел. Температура и влажность окружающей среды измеряются на протяжении всего периода обследования. Результаты измерений температуры и влажности сопоставляются с данными метеостанции за период обследования и результатами многолетних наблюдений, предшествующих периоду обследования.

По степени агрессивности среды подразделяются на неагрессивные, слабоагрессивные и сильноагрессивные. Для установления степени агрессивности среды проводятся наблюдения за атмосферными явлениями и инструментальные измерения состава, свойств и концентрации содержащихся в воздухе и в атмосферных осадках агрессивных для строительных материалов жидких, твердых и газообразных химических веществ. Пробы для определения состава и концентрации агрессивных веществ необходимо отбирать в течение трех дней над кровлей и в приземных слоях. Полученные данные позволяют установить категорию агрессивности среды и определить коэффициенты условий работы строительных материалов, необходимые для последующих перерасчетов обследуемой конструкции.

Определяя ветровую нагрузку при измерении скорости и направления ветра, следует исключить влияние аэродинамических особенностей сооружений и рельефа. Измерения должны производиться на высоте 1,5 м от поверхности земли и на высоте 2 м над наиболее высоким участком кровли.

Детальный осмотр конструкции следует начинать с наиболее ответственных элементов. Цель осмотра - установление повреждений, а также выявление элементов конструкции, изготовление, монтаж и эксплуатация которых проведены с отклонениями от проекта. Несущие элементы с дефектами условно можно разделить на две группы: элементы, в которых имеют место отклонения, не вызывающие видимых разрушений и элементы с локальными разрушениями.

Выявляя в ходе осмотра дефекты первой группы, особое внимание следует обратить на опорные части и соединения. Необходимо проверить правильность опирания и крепления опорных площадок, качество сварки, ослабление болтовых соединений. Проверяя состояние сварных швов, в первую очередь следует осмотреть швы в узлах, к которым примыкают стержни с большими растягивающими и сжимающими усилиями. При осмотре необходимо зафиксировать лишние монтажные швы, которые могут изменить расчетную схему конструкции. С особой тщательностью необходимо осмотреть сжатые элементы металлических конструкций. Погнутость сжатых стержней является одним из наиболее часто встречающихся дефектов металлических ферм. Детальному осмотру подлежат также вертикальные и горизонтальные связи, узлы примыкания связей к фундаментам, обеспечивающие пространственную жесткость сооружения. Одним из грубейших и, к сожалению, часто встречающихся нарушений правил эксплуатации является удаление вертикальных крестовых связей при установке оборудования в промзданиях.

К дефектам второй группы, выявляемым при детальном осмотре, относится ослабление элементов, вызванные местными разрушениями. Это могут быть срезы болтов, надрезы, сколы, обрывы отдельных элементов конструкций и т.д.

С методической точки зрения два вида ослаблений следует выделить в особую группу. Это коррозионные поражения и трещины. При осмотре устанавливается наличие трещин, проводится предварительный анализ причин их возникновения, определяются места с наибольшими поражениями коррозией.

При выявлении элементов конструкций, ослабленных коррозией, следует иметь в виду, что наибольшему поражению подвержены металлические и железобетонные конструкции в цехах и специальных помещениях, в которых по технологическому режиму предполагается наличие агрессивных веществ. При этом самые существенные повреждения бетона и стали происходят из-за кислотной и сульфатной коррозии, при периодическом увлажнении и некачественной химзащите. Для обычных зданий и сооружений в наибольшей степени коррозии подвержены подземные части здания при воздействии агрессивных грунтовых вод и переменном температурно-влажностном режиме эксплуатации и несущие элементы покрытия при разрушении материалов кровли и утеплителей. При этом наибольшей коррозии следует ожидать на участках с максимальными напряжениями, в местах приложения сосредоточенных нагрузок, на вводах вентиляционных систем и в зонах с плохой вентиляцией, на участках с интенсивным пыленакоплением, а также в местах нарушения защитного слоя бетона и антикоррозионного покрытия. По данным осмотра определяются качественные показатели коррозии: область распространения коррозии и ее характер. По характеру и области распространения коррозия подразделяется на сплошную и местную, равномерную, неравномерную и язвенную.

В несущих элементах строительных конструкций к наиболее типичным дефектам относятся трещины, которые являются следствием ошибок при проектировании, изготовлении и эксплуатации сооружений.

В металлических конструкциях появление трещин в большинстве случаев определяется явлениями усталостного характера. Усталостные трещины часто обнаруживаются при обследовании сосудов давления, подкрановых балок, высотных сооружений. Появление и медленное развитие трещин под действием нагрузки наблюдается в условиях коррозии. Температурные напряжения вызывают микротрещины в сварных швах. Образование трещин при постоянных напряжениях возможно при наличии дефектов структуры в зонах концентрации напряжений.

В металлическом элементе конструкции при статическом нагружении трещины появляются при низких температурах или высокоскоростном нагружении. В этих случаях хрупкая трещина быстро развивается, и, обследуя такие конструкции, можно обнаружить уже не дефект-трещину, а полное разрушение элемента. Так как в строительстве используются конструкционные металлы, как правило, с хорошо выраженными пластическими свойствами, то при обследовании металлических конструкций трещины встречаются значительно реже, чем в железобетонных, кирпичных и каменных конструкциях. Во многих случаях для металлических конструкций, работающих на статическую нагрузку, обнаруженная трещина не несет в себе непосредственной опасности. Дальнейшее развитие трещины часто ограничивается перераспределением усилий и зоной остаточных сжимающих напряжений у ее вершины. Распространение такой трещины наблюдается только при больших перегрузках.

При обследовании железобетонных и кирпичных сооружений детальное исследование трещин в конструкциях является наиболее ответственным этапом. Сооружения без трещин встречаются значительно реже, чем с трещинами. Если же рассмотрению подлежат и микротрещины, то в этом случае отсутствие дефектов в бетоне и кирпиче - явление невозможное. Экспериментальные исследования показывают, что технологические трещины существуют в бетоне до нагружения, а образование новых силовых микротрещин происходит при небольших воздействиях нагрузок порядка 10% от расчетных. Полная классификация трещин в железобетонных элементах представляется задачей чрезвычайно сложной. Существуют классификации трещин по их геометрическим (длина, ширина раскрытия, глубина распространения) и статистическим параметрам (среднее количество и дисперсия числа трещин в единице объема), энергетическим показателям (суммарная поверхностная энергия), характерным стадиям процесса трещинообразования при постепенном увеличении нагрузки и др. Однако приведенные варианты классификаций, несмотря на их несомненно положительные стороны в теоретическом аспекте, недостаточно информативны при решении практических задач. Основным критерием оценки трещин в обследуемых сооружениях является степень их опасности для несущих конструкций. Рассматривая трещины по показателю опасности, можно выделить три группы дефектов трещин:

· неопасные трещины, ухудшающие только качество лицевой поверхности;

· опасные трещины, вызывающие значительное ослабление сечений, к ним относятся также все нестабилизировавшиеся трещины, развитие которых продолжается с неослабевающей интенсивностью;

· трещины промежуточной группы, которые ухудшают эксплуатационные свойства, способствуют физическому износу, снижают надежность и долговечность конструкции, однако непосредственной опасности не представляют, так как для разрушения объекта в зоне трещины необходимо дополнительное воздействие неблагоприятных факторов.

Для конструкций с трещинами второй и третьей групп должны быть предусмотрены мероприятия по восстановлению эксплуатационных качеств. В зависимости от индивидуальных особенностей конструкций выбираются различные способы восстановления, которые могут заключаться в простейшем случае - в заделке трещин раствором или усилении дефектного элемента в том случае, когда дальнейшая его эксплуатация может привести к разрушению элемента и конструкции в целом.

Для того чтобы правильно рассчитать степень опасности трещины в железобетонном элементе, необходимо выяснить причины ее возникновения. Сложность решения этой задачи определяется тем, что часто воздействие нагрузок, ставших причиной появления и развития трещин, обнаружить в момент проведения обследования не удается. Трещина могла образоваться в зимний период эксплуатации конструкции из-за перегрузки снегом, промерзания увлажненной области бетона, наледи. Появление трещин возможно также при неправильной эксплуатации конструкций производственных зданий, от временных перегрузок несущих элементов. Образование трещин возможно и на стадии монтажа конструкций. Причиной могут оказаться поставленные неправильно или в недостаточном количестве временные связи, некачественное выполнение строительно-монтажных работ или нарушения порядка монтажа. Часто трещины возникают из-за неравномерной осадки здания, которая имела место в течение непродолжительного периода при монтаже или эксплуатации. Наконец, трещины могут появиться при изготовлении строительного изделия, а также в процессе его транспортировки.

Во всех случаях действие фактора, вызвавшего появление трещины, могло прекратиться к моменту проведения обследования. При недостаточно строгом контроле на стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций сведения о появлении трещин своевременно не регистрируются. Таким образом, от инженера-экспериментатора, проводящего обследование, требуется умение при наличии неполной информации дать правильную оценку состояния конструкции и причин деструкции. Чрезвычайно полезной в этом случае могла быть классификация трещин по причинам их возникновения, но, к сожалению, такой всеобъемлющей строгой классификации быть не может. Можно лишь говорить о наиболее вероятном происхождении трещин определенного вида в железобетонных и каменных конструкциях. Такую условную классификацию следует постоянно дополнять на основании результатов обследований, проводимых различными строительными организациями, институтами и лабораториями.

Возникновение трещин в железобетонной или каменной конструкции определяется локальными перенапряжениями и ослаблениями. Причиной появления больших напряжений, образования и развития трещин являются:

· перегрузки, вызванные статическими и динамическими силовыми воздействиями; концентрация напряжений на структурных неоднородностях и в зонах изменения геометрических параметров несущего элемента, а также при натяжении арматуры; неравномерные перемещения конструкций из-за перегрузок или различия в деформативных характеристиках строительных материалов; неравномерные осадки фундаментов;

· различные температуры элементов конструкции либо резкий перепад температуры в сечении элемента, неравномерное распределение температуры в объеме бетона массивных конструкций при экзотермической реакции;

· большая усадка бетона, вызванная нарушениями при изготовлении или же неудачном подборе состава бетонной смеси, неравномерная усадка поверхностных слоев бетона внутренних областей, вызванная интенсивной потерей влаги на его поверхности;

· расклинивающее действие льда в порах, пустотах, трещинах на увлажненных зонах бетона;

· расклинивающее действие арматуры при ее коррозии из-за накопления ржавчины.

Местные ослабления в бетоне конструкций, которые приводят к появлению трещин, могут быть также вызваны нарушениями в технологии изготовления сборных и монолитных железобетонных конструкций и, как следствие, большой неоднородностью структуры бетона; коррозией бетона, вызванной фильтрацией воды, повышенным содержанием солей, растворяющей способностью фильтрующих вод; электрохимической и газовой коррозией.

Детальный осмотр дефектных зон железобетонных и каменных конструкций должен завершаться составлением предварительного заключения, в котором дается ориентировочная оценка причин возникновения и степени опасности трещин, приводится план инструментальных измерений, результаты которых должны уточнить причину местных разрушений. Во многих случаях предварительная оценка происхождения и опасности деструкции может быть произведена по аналогии обнаруженной трещины с трещинами, природа появления которых достаточно хорошо изучена. К характерным особенностям трещин, которые могут быть выявлены в ходе детального осмотра, относятся:

· ориентация трещин (продольная, поперечная, вертикальная, горизонтальная, наклонная);

· количество трещин и их расположение в дефектной области;

· ширина раскрытия и зона распространения трещин по длине и толщине элемента.

Информация, полученная при осмотре, дополняется результатами инструментальных измерений, по которым уточняется область распространения трещины, оценивается возможность ее дальнейшего развития. для незастывшей трещины определяются длина и ширина раскрытия как функции времени.

Анализ результатов многочисленных обследований позволяет указать на некоторые закономерности образования и развития трещин в несущих элементах железобетонных и кирпичных сооружений, которые связаны с конкретным видом воздействий и характерны для определенных по конструктивному назначению несущих элементов.

Неравномерные деформации основания при действии собственного веса строительных конструкций и полезной нагрузки определяются потерей устойчивости основания, пучением грунта, вымыванием основания при нарушении системы водоснабжения, замачиванием лёссовидных грунтов, неоднородностью основания в зоне фундаментов. Зоны деструкции, ориентация трещин зависят от расположения ослаблений под фундаментом или наличием уплотнений грунта. Существенное влияние на схему образования трещин от неравномерной осадки основания оказывает конструктивное выполнение узлов и сопряжений, обеспечивающих пространственную жесткость здания. При неравномерных деформациях основания трещины появляются в несущих стеновых панелях (рис. 11.1), на стыках, часто переходят на перегородки и панели перекрытий.

Рис. 11.1 Трещины в стеновых панелях и кирпичной кладке, вызванные неравномерной осадкой

Для анализа возможных вариантов трещинообразования несущий стеновой блок может быть рассмотрен с известной долей приближения как балка-стенка с различными условиями опирания. Ослабления основания у краев фундамента или же прочная опора под средней частью здания (рис. 11.1, а) вызывают напряженное состояние с максимальными растягивающими напряжениями в верхней трети балки-стенки над краем ослабленного участка основания. Наклонные трещины отрыва возникают от действия изгибающего момента и поперечной силы. Эти трещины могут не доходить до верхней кромки стены, так как критические растягивающие напряжения определяются, главным образом, поперечной силой. При значительных различиях податливости грунта (рис. 11.1, б) возникает вертикальная трещина сдвига на границе ослабленного и нормального оснований. В этом случае наибольшее относительное смещение краев трещины отмечается в уровне фундамента. Если ослабленная зона грунта расположена под средней частью фундамента (рис. 11.1, в), трещины отрыва, вызванные неравномерной осадкой, наклонены к центру стены и к зоне ослабленного основания. Образование вертикальных трещин сдвига в этом случае маловероятно.

При перегрузке простенка возникают вертикальные, горизонтальные и наклонные трещины. При неправильном опирании перекрытия появляются трещины смятия в верхней части панели. Сквозная силовая трещина любой ориентации может привести к снижению несущей способности и устойчивости стены. Наибольшую опасность представляют горизонтальные и наклонные трещины. Появление вертикальных силовых трещин в плоскости стены от перегрузок маловероятно, так как столб несущей стены работает в условиях плоской деформации, поэтому при центрально приложенной нагрузке следует ожидать возникновения трещин расслоения по толщине панели.

Выпучивание несущей железобетонной стены, которое сопровождается появлением горизонтальных трещин, может быть следствием недопустимо большого эксцентриситета вертикальной нагрузки при неправильном монтаже; перегрузка стены в результате перераспределения усилий, неодинаковой деформативности различных по толщине слоев панели при неправильной технологии изготовления, горизонтальных перемещениях конструкций от неравномерной осадки.

В ходе инструментальных измерений при обследовании стен с горизонтальными трещинами обязательно следует определять перемещения изгиба стены относительно краев панели, характеризующие степень выпучивания, и реальный эксцентриситет вертикальной нагрузки.

Различия в деформативности и загруженности вертикальных элементов здания вызывают неравномерность осадки несущих стен. Относительные смещения рядом расположенных вертикальных конструкций увеличиваются по высоте здания. Это может явиться причиной появления вертикальных трещин в узлах сопряжения панелей и наклонных трещин в перегородках и панелях. При различной деформативности стеновых панелей трещины развиваются в верхней части здания (рис. 11.2).

Причиной возникновения опасных наклонных трещин с большой длиной и раскрытием является сочетание неравномерной осадки и вертикальных перегрузок или же усадки бетона и перегрузок.

Температурные трещины в стеновых панелях появляются при больших градиентах температуры по толщине элемента или же при ограничении связями температурного расширения и сжатия элемента. Вертикальные несквозные температурные трещины в наружных стеновых панелях развиваются в пределах одного этажа. Часто наблюдаются сквозные температурные вертикальные трещины в перемычках при неудачном выполнении температурных швов. Характерной особенностью температурных трещин является непостоянство ширины их раскрытия. В связи с этим, если есть основания полагать, что трещина температурная, необходимо на стадии проведения инструментальных измерений проконтролировать ширину ее раскрытия в течение суток.

Рис. 11.2 Схема образования трещин при различной деформативности несущих 'конструкций девятиэтажного жилого здания

строительный конструкция фундамент трещина

Рис. 11.3 Схемы расположения усадочных трещин

Усадочные трещины на поверхности стеновых панелей и плоских плит имеют вид беспорядочной сетки (рис. 11.3, а). В ребристых плитах, трехслойных панелях, балках, стеновых панелях с проемами усадочные трещины распространяются на большую глубину, часто оказываясь сквозными (рис. 11.3, б). Эти трещины расположены в зонах изменения геометрии сечения (сопряжение ребра и полки, мостики холода в трехслойных панелях, углы дверных проемов и т.д.). Усадочные трещины во внутренних конструкциях с раскрытием менее 0,3 мм при отсутствии агрессивной среды не представляют опасности. Трещины с большим раскрытием способствуют коррозии арматуры и закладных деталей, вызывают повышенную деформативность поверхностных слоев и могут стать причиной нежелательного перераспределения усилий. Так, при расположении больших усадочных трещин на одной из граней стеновой панели вертикальная нагрузка, распределяясь пропорционально жесткостям слоев, создает эксцентриситет нормальной силы и вызывает выпучивание стены с растяжением на дефектной ослабленной усадочными трещинами поверхности, что может в конечном итоге привести к образованию силовой горизонтальной трещины. Усадочные трещины во внешних железобетонных конструкциях должны быть заделаны. В противном случае они будут развиваться в результате расклинивающего действия льда, образующегося в них в зимний период.

В конструкциях без предварительного напряжения появление трещины, проходящей вдоль арматуры в защитном слое бетона, вызывается коррозией арматуры. Расклинивающее действие продуктов коррозии может оказаться столь значительным, что вызовет отслоение защитного слоя бетона на больших участках.

При обследовании часто обнаруживаются трещины в железобетонных перекрытиях. Обеспечивая пространственную жесткость сооружения и воспринимая вертикальную нагрузку, перекрытия работают в условиях сложно-напряженного состояния. Чердачные и надподвальные перекрытия, кроме того, находятся под воздействием температуры и влажности. Поэтому причины образования трещин устанавливаются в результате инструментальных измерений ширины раскрытия трещин, глубины их распространения, деформаций, прочности бетона, толщины защитного слоя и диаметра арматуры.

Наиболее опасными являются трещины, расположенные поперек рабочего пролета балочных плит. Каковы бы ни были причины, их вызывающие, эти трещины ведут к ослаблению расчетных сечений. Силовые трещины от вертикальной нагрузки с максимальным раскрытием на нижней поверхности плиты обнаруживаются в средней части плиты и направлены поперек рабочего пролета. В защемленных по двум сторонам плитах вертикальная перегрузка вызывает образование поперечных трещин на опорных участках с максимальным раскрытием на верхней поверхности.

Если деструкция плиты вызвана неравномерной осадкой вертикальных несущих элементов сооружения или горизонтальными перегрузками, то опасная поперечная трещина располагается на верхней поверхности одного из приопорных участков плиты. Причиной образования трещин в верхней области одной из опорных зон плит и на нижней поверхности средней части пролета является либо совместное действие неравномерной осадки и вертикальной нагрузки, либо действие только вертикальной нагрузки. Для последующих перерасчетов крайне важно знать, какая из этих двух причин является определяющей. Необходимая для этого информация может быть получена в результате измерения осадок плиты, а также в ходе испытаний пробной нагрузкой малой величины, которые позволяют уточнить расчетную схему работы плиты.

Наклонные силовые трещины в гладких плитах, как правило, не образуются. Такие трещины встречаются при вертикальных перегрузках ребристых плит. Характерная схема их образования в приопорных зонах с максимальным раскрытием на нижней поверхности ребер определяется расположением полезной вертикальной нагрузки вблизи от одной из опор.

В балках рамных конструкций схема образования опасных силовых поперечных трещин такая же, как и в ребристых плитах. При больших вертикальных нагрузках на железобетонные балки, например, для подкрановых балок, возможно также образование веретенообразных наклонных трещин (рис. 11. 4, а) с максимальным раскрытием на полке в зоне центра тяжести сечения.

Рис. 11.4. Веретенообразные трещины в балке при эксцентриситете подкрановой вертикальной нагрузки

Возникновение таких трещин определяется неучетом в расчетах дополнительных крутящих моментов, появившихся из-за больших эксцентриситетов вертикальной нагрузки при смещении рельса с оси балки (рис. 11.4, б).

Существование опасных силовых горизонтальных трещин продольного изгиба в железобетонной колонне маловероятно, так как большое значение сжимающей силы при возникновении перегрузок от изгибающего момента вызывает перенапряжение сжатия на одной из граней колонны и образование поперечного излома на противоположной грани колонны, что ведет к окончательному разрушению. Критическая перегрузка сопровождается появлением вертикальных трещин отрыва. Как показывают результаты обследований железобетонных стоек, находящихся в аварийном состоянии, разрушению колонн с образованием вертикальных трещин способствует изгиб стержней продольной рабочей арматуры, поэтому актуальной задачей строительного производства является скорейший массовый переход к железобетонным элементам, работающим на сжатие, с рациональным расположением арматурной стали (бетон в спиральной обойме, трубобетон, мембранобетон).



Библиографический список

1. Бойко М.Д. Диагностика повреждений и методы восстановления эксплуатационных качеств зданий. Л.: Стройиздат, 1975.

2. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии. М.: Стройиздат, 1986.

3. СНиП П-22-81. Каменные и армокаменные конструкции. М.: Стройиздат, 1983.

4. Хило Е.П., Попович Б.С. Усиление железобетонных конструкций с изменением расчетной схемы и напряженного состояния. Львов: Высш. школа, 1976.

5. Ануфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений. Л. М.: Изд-во литературы по строительству, 1965.

6. Гильман Я.Д., Гильман Е.Д. Усиление и восстановление зданий на лессовидных просадочных грунтах. М.: Стройиздат, 1989.

7. Далматов Б.И., Бронин Б.Н. и др. Особенности устройства фундаментов на пылевато-глинистых грунтах в условиях реконструкции // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1986. № 5. С.16.

8. Кутуков В.Н. Реконструкция зданий. М.: Высш. школа, 1981.

9. Соколов В.К. Реконструкция жилых зданий. М.: Московский рабочий, 1982.

10. Ануфриев Н.М. Исправление дефектов изготовления и монтажа сборных железобетонных конструкций промышленных зданий. Л. М.: Изд-во литературы по строительству, 1971.

11. Рекомендации по восстановлению и усилению полносборных зданий и полимеррастворами. М.: Стройиздат, 1990.

12. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1989.

13. Рекомендации по обеспечению надежности и долговечности железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений при их реконструкции и восстановлении. М.: Стройиздат, 1990.

14. Правила оценки физического износа жилых зданий. ВСН 53-86 (р). М.: Гражданстрой, 1988.

15. Комиссарчик Р.Г. Методы технического обследования ремонтируемых зданий. М.: Стройиздат, 1975.

16. Швецов Г.И., Носков И.В. и др. Справочник: Основания и фундаменты. М.: Высш. школа, 1991.

17. Альбрехт Р. Дефекты и повреждения строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1979.

18. Анпилов В.Е. Формирование и прогноз режима грунтовых вод на застраиваемых территориях. М.: Недра, 1984.

19. Покровский В.М. Гидроизоляционные работы: Справочник строителя. М.: Стройиздат, 1985.

20. СНиП П-23-81. Стальные конструкции. Нормы проектирования. М.: Стройиздат, 1982.

21. Попов Г.Т., Бурак Л.Я. Техническая экспертиза жилых зданий старой постройки. Л.: Стройиздат, 1986.

22. Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1984.

23. Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции. В 2-х ч. Ч. 2. М.: Высшая школа, 1989.

Размещено на Allbest.ru

...