Фундамент — одна из главных несущих конструкций, которая воспринимает все нагрузки от сооружения. Во время строительства и эксплуатации сооружений грунты основания деформируются, что, как правило, приводит к развитию равномерных и неравномерных осадок фундаментов и, соответственно, сооружений. Неравномерные деформации фундамента могут привести не только к осадке и трещинам на конструкциях, но и к разрушению здания в целом.
Ключевые слова: фундамент, деформация, нагрузка.
Основные виды деформации
Как показывает опыт, повреждение конструкций или разрушение здания не происходят по какой-либо одной причине. Обычно на это влияет множество факторов, один из которых может играть ключевую роль. Выявление основной причины деформации здания является довольно непростой задачей, решение которой требует учитывать все факторы, влияющие на совместную работу конструкций здания и его основания, а также основательного исследования всех обстоятельств, вызвавших развитие деформаций.
Медленная и сравнительно небольшая деформация, происходящая в результате уплотнения грунта под действием нагрузок и сопротивляющаяся коренным изменениям его структуры, называется осадкой.
При равномерных осадках основания фундамент в любой момент времени опускается на равную величину.
Общая величина осадки, не ведущая к повреждению здания, может быть достаточно большой, если она равномерная. Показательным примером является Национальный музей искусств в Мехико за время своего существования с 1909 года дал осадку в 3,6 м и, несмотря на это, нет никаких признаков деформации самого здания. Такие осадки не вызывают дополнительных усилий в конструкциях, но при большом значении затрудняют нормальную эксплуатацию: могут повреждаться входы, пристройки, санитарно-технические коммуникации, дренажные и другие устройства.
Неравномерная же осадка отдельных частей и сооружения в целом имеет обычно более серьезные последствия. Она является одним из главных факторов, влияющих на прочность и эксплуатационную пригодность зданий.
Равномерные осадки не вызывают дополнительных усилий в конструкциях, но при большом значении затрудняют нормальную эксплуатацию: могут повреждаться входы, пристройки, санитарно-технические коммуникации, дренажные и другие устройства.
Неравномерная же осадка отдельных частей и сооружения в целом имеет обычно более серьезные последствия. Она является одним из главных факторов, влияющих на прочность и эксплуатационную пригодность зданий.
Следует учитывать три величины осадок сооружения:
− максимальную величину осадки;
− разность осадок соседних частей здания, которая приводит к их относительному повороту;
− разность осадок фундамента, которая вызывает деформации всей конструкции.
Наиболее сильное влияние на деформацию оказывают две последние величины.
Классификация видов неравномерных деформаций зданий и причин, их вызывающих может служить основой для диагностики повреждений зданий и сооружений. В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости здания или сооружения возникают следующие виды деформаций:
Перекос здания или сооружения возникает из-за различной нагрузки по одной из сторон фундамента или при наличии ослабленных грунтов под фундаментом, что способствует возникновению косых трещин.
Крен (наклон) испытывают жесткие сооружения при неравномерных осадках отдельных фундаментов. Причинами этого вида деформаций могут быть различные факторы. Крен фундамента приводит к повороту нижней части конструкций.
Скручивание сооружений возникает при развитии крена в разных частях длинного сооружения в противоположные стороны. Наибольшие повреждения получают, как правило, верхние этажи отдельных конструкций или здания в целом.
Прогиб — вид деформации, при котором средняя часть здания вогнута, а стены наклоняются к центру загруженной площадки. Такой характер деформации объясняется тем, что на угловых участках нагрузка распределяется по большей площади, распространяясь вперед за пределы конца стены. Следовательно, концы стен, получая большую площадь опоры, имеют и меньшую осадку. При такой деформации по краям стен могут возникать наклонные трещины, идущие от краев к середине под углом примерно 45°. Нижние концы трещин направлены в сторону меньших осадок. В средней части здания часто образуется трещина в виде перевернутого знака у: более широкая внизу и сужающаяся кверху. В верхней части стены посередине здания могут быть признаки разрушения кладки от раздробления. Если в стенах имеются горизонтальные пояса, то под ними в средней части здания могут появиться горизонтальные трещины. Деформации прогиба могут появляться, если под фундаментами в средней части здания имеются участки слабых грунтов или пустот, если средняя часть здания несет большую нагрузку, если в основании торцевых частей здания имеются твердые включения.
Выгиб — вид деформации, характерный для зданий с массивными стенами, и слабо нагруженными внутренними колоннами. Деформация возникает также при слабых основаниях под торцевыми стенами, при наличии котлованов, сооружений в непосредственной близости от здания. Характерным признаком такой деформации является наличие на стенах трещин с большей шириной вверху, нижний конец трещины направлен в сторону с меньшей нагрузкой — к середине здания. Особенно часто это встречается при внецентренном загруженности фундаментов наружных поперечных стен. В зависимости от конфигурации общей осадки соответствующие наклонные трещины появляются во внутренних стенах. При этом перекашиваются дверные рамы (проемы являются ослабленными местами в стенах и здесь концентрируются напряжения). Перекрытия, опирающиеся на рамы каркаса, могут испытывать большие осадки без повреждений, но если они опираются непосредственно на грунт или на отдельные фундаменты, оседающие независимо от стен, могут возникать серьезные повреждения и расстройства в стыках. Выгиб опасен тем, что при образовании торцевые стены стремятся во внешние стороны, что может привести к обрушению плит перекрытия.
Также здания и сооружения могут подвергаться сразу нескольким видам деформаций, с преобладающими и слабо выраженными.
Однако не все трещины являются результатом неравномерной осадки. Причиной этого могут быть температурное расширение и сжатие, но в отличие от трещин, вызванных осадкой, они то раскрываются, то закрываются.
Вибрационные нагрузки также могут привести к образованию трещин. Основными причинами этого являются сейсмические воздействия, забивка свай, близкое расположение автомагистралей, путей поездов. Характерным признаком такой нагрузки являются крестообразные трещины на стенах. Вибрационные нагрузки могут привести к образованию вертикальных трещин между частями сооружения, а также отделить их между собой.
Но основными причинами, вызывающими неравномерные осадки сооружения, являются неоднородность основания и неравномерное напряженно- деформированное состояние.
Неоднородность основания может быть вызвана различным рядом причин: различная толщина слоев, выклинивание слоев грунта, линзообразное залегание грунтов, различная плотность грунта.
Различная нагрузка фундаментов, близкое расположение фундаментов соседних объектов, неодновременная консолидацией грунтов в основании приводят неравномерному напряженно-деформированному состоянию основания.
Литература:
- Александрова, М. И. Геологическое строение палеозойского фундамента восточной части Бет-Пак-Дала / М. И. Александрова, Б. И. Борсук. — М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, 2013. — 304 c.
- Баранова, Т. И. Аналоговые каркасно-стержневые модели ростверков свайных фундаментов. Гриф УМО ВУЗов России / Т. И. Баранова. — М.: Ассоциация строительных вузов (АСВ), 2017. — 379 c.
- Баркан, Д. Д. Динамика оснований и фундаментов / Д. Д. Баркан. — М.: Стройвоенмориздат, 2015. — 412 c.
- Безволев, С. Г. Основания и фундаменты тяжело нагруженных сооружений / С. Г. Безволев. — М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2013. — 120 c.
- Вильман, Ю. А. Механизированная технология вертикальной планировки и возведение монолитных железобетонных фундаментов зданий. Учебное пособие / Ю. А. Вильман, С.Б.
- https://cyberleninka.ru/article/n/16543577
