Аварии, вызванные недостатками конструкции фундаментов

В статье анализируются аварии, связанные с ошибками при проектировании, возведении и эксплуатации фундаментов зданий и сооружений, рассматриваются примеры катастроф, вызванных деформациями грунта, и выявляются причины разрушений.

Ключевые слова: фундаменты, основания, аварии, ошибки, деформации грунта, неравномерная осадка, проектирование, конструкции, здания, сооружения.

Введение

Фундаменты — это подземная часть здания или сооружения. Они предназначены для передачи нагрузок от сооружения на основание. Основанием называется массив грунта, воспринимающий нагрузку от фундамента. От качества фундаментов зависит надёжность всех основных конструкций.

Основной причиной обрушений зданий является человеческий фактор. В результате ошибок при проектировании и строительстве фундаментов, ежегодно происходит свыше 500 аварий. Главной ошибкой является возникновение недопустимых деформаций грунта основания, вызывающих повреждения всего сооружения. Это проявляется в значительных осадках, кренах, сдвигах, появлении трещин в несущих конструкциях, обрушении сооружения.

Другая причина ошибок — неправильный выбор конструкции фундамента или неверное заложение подошвы фундамента. Решение вопроса о глубине заложения подошвы фундамента должно основываться не только на глубине промерзания грунта и несущей способности грунта под его подошвой, но также и с учётом типа подстилающих слоёв грунта, наличия потоков подземных вод, возможности размыва грунта.

Следует считаться с процессом уплотнения грунтов. С течением времени происходит уплотнение грунтов, особенно под воздействием вибрационных нагрузок, что приводит к повреждениям примыканий к основным конструкциям.

В процессе исследования были рассмотрены следующие трагические события:

1. Из-за неравномерной осадки Трансконский зерновой элеватор потерпел аварию в 1913 году. Вскоре после постройки и первой засыпки зерном элеватор внезапно начал сначала оседать, а затем в течение 24 часов наклоняться в сторону.

Рис. 1. Падение Трансконского элеватора, Канада

Сразу подтвердилась ошибка геологических исследований. У подошвы фундамента глина была плотная, но на глубине 10 м оказалась очень мягкой. С восточной стороны на глубине 4 м залегали слои валунов. Из-за быстрой загрузки зерном и большого давления на мягкую глину, здание сначала оседало вертикально. Затем восточная часть фундамента встретила сопротивление валунов. Слабый грунт сместился и выдавился, опрокидывая здание. Впоследствии элеватор вернули в прежнее положение с помощью домкратов.

Рис. 2. Схема аварии Трансконского элеватора

2. Размыв грунта под опорой привел к обрушению железнодорожного моста в Мурманской области весной 2020 года. Несвоевременная модернизация и природная стихия запустили трагическую цепочку событий.

Рис. 3. Обрушение Мурманского моста, 2020 г.

Мост был построен в 30-е, редко ремонтировался, а фундамент за 90 лет практически не укреплялся. Из-за интенсивного таяния снега и бурного течения реки Колы вокруг опоры образовалась воронка размыва. Подошва фундамента разрушилась, опора сместилась на 2 см, потянув за собой пролеты. Движение на мосту приостановили, что позволило избежать человеческих жертв.

Рис. 4. Схема аварии Мурманского моста

Местные власти поспешно приняли решение о замене пролетов, и в этом состояла главная ошибка. Чтобы поскорее добраться до поврежденной опоры и укрепить ее, от берега до опоры начали возводить дамбу. Весеннее течение еще больше ускорилось и до основания подмыло вторую опору. 1 июня опора рухнула, увлекая за собой пролеты. Мурманская область лишилась главной железнодорожной артерии, по которой транспортировали товары и продукты питания, сырьё и промышленные грузы.

3. Вследствие неравномерной осадки фундамент жилого дома «Бесоба» в Казахстане сильно деформировался вскоре после сдачи дома в эксплуатацию, а на шестой день здание обрушилось.

Рис. 5. Обрушение жилого дома «Бесоба», Казахстан

Рис. 6. Схема аварии жилого дома «Бесоба»

4. Семейное общежитие в Санкт-Петербурге на ул. Двинской деформировалось и покрывалось трещинами с прошлого века. 3 июня 2002 года девятиэтажное здание обрушилось. В ходе исследования удалось выявить три причины возникновения аварийного состояния:

Во-первых, в проекте была допущена ошибка, здание не было достаточно жестким.

Второй причиной стал неправильный фундамент. Здание следовало возводить на сваях, но в целях экономии, был запроектирован сборный ленточный фундамент что не допустимо для слабых глинистых грунтов.

Третья ошибка — ненадлежащая эксплуатация здания. Из-за регулярных утечек из канализационных труб, частички глинистых грунтов под домом регулярно набухали и постепенно вымывались.

Рис. 7. Трагедия на ул. Двинской в Санкт-Петербурге. Обрушение общежития

Эти причины привели дом к аварийному состоянию, в котором он простоял 20 лет. Однако, анализ событий показал, что катализирующим событием стало возведение пристройки банком «Петровский», которая дала неравномерную осадку всему зданию. Трещины сильно расширились, часть здания отделилась, повиснув на перекрытиях четырех нижних этажей. Газовые трубы и электропроводка разорвались, вызвав пожар. От высокой температуры конструкции перекрытий потеряли несущую способность, произошло обрушение. Несвоевременная эвакуация людей привела к тому, что 206 человек остались без крова, четверо было погребено под завалами.

Данные трагедии произошли вследствие различных ошибок, среди которых выявлены: геологические и проектные ошибки, ненадлежащая эксплуатация, поспешность решений и халатность.

5. Исключительно редким примером развития значительных неравномерных осадок является крен Пизанской башни. Известный итальянский памятник архитектуры, построенный более 800 лет назад, претерпел значительные деформации с развитием крена. Причина такой неравномерной деформации — недооценка свойств грунтов, найденных в свое время по одной скважине, пробуренной под ее центром. Фундамент башни сложен насухо из каменных блоков и имеет форму кольца внешним диаметром 19,5 м. Площадь подошвы равна 282 м ² . Нагрузка на основание — 0,5 МПа. Грунтами основания являются неоднородные аллювиальные отложения.

Рис. 9. Схема крена Пизанской башни

С самого начала в проекте была ошибка — сочетание маленького трёхметрового фундамента и слабых грунтов основания привело к тому, что после строительства третьего этажа башня наклонилась. Строители, в попытке исправить ошибку, начали выкладывать верхние ярусы с противоположным уклоном. В результате башня получила форму «банана», а строительство ее растянулось почти на 200 лет.

С целью стабилизации башни в 1932 г. была произведена цементация основания. Но только в 2002 г. отклонение башни было полностью стабилизировано. Сначала укрепили основание, сделав его водонепроницаемым за счет жидкого цемента. Позднее с северной стороны к бетонным балкам прикрепили свинцовые грузы, которые должны были стабилизировать строение. Слабый грунт вынули, а под конструкции поместили шнековый бур.

Благодаря добросовестным мерам по укреплению основания и надлежащей эксплуатации, Пизанская башня не представляет угрозы и радует туристов и в настоящее время.

Заключение

Рассмотренные в рамках исследования аварии произошли вследствие различных ошибок, среди которых можно выделить: геологические и проектные ошибки, ненадлежащая эксплуатация, халатность. Тем не менее, вовремя и грамотно исправленная ошибка позволяет избежать катастрофических последствий.

В результате исследования были сформулированы основные задачи фундаментостроения, на которые необходимо обращать внимание при проектировании, возведении и эксплуатации фундаментов:

— Правильная оценка геологических условий;

— Разработка мероприятий по укреплению и защите грунтов оснований;

— Проектирование достаточно жестких и прочных конструкций;

— Своевременная модернизация;

— Надлежащая эксплуатация и мониторинг.

Литература:

1. Ягупов, Б. А. Строительные конструкции. Основания и фундаменты. — Учеб. для вузов. изд. — Москва: Стройиздат, 1991. — 671 с.
2. Маслов, Н. Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии. — Москва: Высшая Школа, 1968. — 631 с.
3. Алексеев, С. И. Механика грунтов: учебное пособие для студентов строительных специальностей. — СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2007. — 111 с.
4. Das, B. M. Advanced soil mechanics / Продвинутая механика грунтов. — 5 изд. — CRC Press, 2019. — 734 с.
5. СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений — Soil bases of buildings and structures: Актуализированная редакция СНиП 2.02.01–83: издание официальное: утвержден приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 16 декабря 2016 г. и введен в действие с 17 июня 2017 г. / разработан Научно-исследовательским, проектно-изыскательским и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений им.Н. М. Герсеванова (НИИОСП им.Н. М. Герсеванова) — М.: Стандартинформ, 2019–225 с. — Текст: непосредственный.
6. СП 446.1325800.2019 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства работ — Engineering geological survey for construction. General regulations for execution of work: издание официальное: утвержден Приказом Министерства строительства и жилищнокоммунального хозяйства Российской Федерации от 5 июня 2019 г. № 329/пр и введен в действие с 6 декабря 2019 г / разработан ООО «Институт геотехники и инженерных изысканий в строительстве» — М.: Стандартинформ, 2019–138 с. — Текст: непосредственный.
7. Коробова, О. А. Методологические подходы к вопросу учета деформационной анизотропии в расчетах грунтовых оснований / Коробова О. А., Бирюкова О. А. — Текст: электронный // Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) — статья в сборнике трудов конференции: Актуальные вопросы строительства — Материалы VII Всероссийской научно-технической конференции. — с. 11–17–2014. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23552259 (дата обращения: 02.03.2022). — Режим доступа: Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU.
8. Караганда. Обрушение дома в жилом комплексе “Бесоба” // Аварии в строительстве URL: http://bcrash.ru/?p=3198 (дата обращения: 09.03.2022).
9. «Неудобная» тайна обрушения // РОСБАЛТ URL: https://www.rosbalt.ru/main/2002/10/29/71665.html (дата обращения: 12.03.2022).
10. Почему рухнул железнодорожный мост под Мурманском // Комсомольская Правда URL: https://www.murmansk.kp.ru/daily/27138/4229615/ (дата обращения: 12.03.2022).