РЕЗУЛЬТАТЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ ДЕТСКОГО САДА В ПОС. ПАЛАТКА МАГАДАСКОЙ ОБЛАСТИ

В.П. Власов, В.В. Длинных, В.Б. Присяжной, М.Ф. Рожелевская

Настоящая работа выполнена в ООО «Северо-Восточный научно-производственный центр» (г. Магадан).
Объект обследования находится в пос. Палатка Магаданской области. Его территория входит в Северную строительно-климатическую зону (подрайон 1 Г).

Детский сад в пос. Палатка Магаданской области возведен в 1973 г. Необходимость проведения обследования здания детского сада вызвана желанием эксплуатирующей организации произвести реконструкцию и вновь использовать здание по прежнему функциональному назначению. Целью обследования являлось определение возможности использования существующих строительных конструкций.

Ключевые слова: обследование зданий, неразрушающий контроль, проходка шурфов, повреждение конструкций.

 

Рассматриваемый объект (первый корпус реконструируемого детского сада) представляет собой двухэтажное сооружение постройки 1973 г., с техническим подпольем, без чердака, прямоугольной формы размером в плане 19,72 х 32,26 м. Высота от отметки уровня пола 1-го этажа, принятая за относительную отметку 0,000, до карниза составляет 6,8 м.

Конструктивная схема здания – неполный каркас, с несущими продольными стенами; пространственная жесткость обеспечивается совместной работой стен и перекрытий. Основными несущими конструкциями являются:

– фундаменты – ленточные бетонные из сборных блоков ФБС и фундаментных подушек;

– стены – кладка из шлакоблоков;

– перекрытия – сборные многопустотные железобетонные плиты;

– балки – сборные железобетонные, прямоугольного сечения.

В соответствии с [12], здание относится ко II (нормальному) уровню ответственности. Следует отметить, что оно уже 15 лет как выведено из эксплуатации и около 10 лет назад отключено от систем водоснабжения и отопления. За этот период строение стало ветшать, а его конструкции – испытывать деформации (см. «Заключение…» [1]).

В настоящее время на объекте решено сделать капитальный ремонт, произвести необходимую реконструкцию и вновь использовать по прежнему функциональному назначению, т. е. в качестве детского сада. Причем здание, после повторного ввода в эксплуатацию, должно удовлетворять всем требованиям современных строительных стандартов, предъявляемых к такому роду учреждений.

В этой связи потребовалось обследовать существующую постройку на предмет определения технического состояния ее строительных конструкций (надземную часть, основания и фундаменты) и, на основе полученных данных, разработать проект капитального ремонта (реконструкции).

Обследование строительных конструкций производилось ООО НИЦ «Сейсмозащита» в 2012 г., результаты которого приведены в [1] и в кратком виде рассматриваются далее.

Согласно [1], фундамент выполнен ленточным. Он состоит из двух рядов кладки блоков ФБС, уложенных по всему периметру здания на монолитную железобетонную подушку шириной 1000 мм и высотой 300 мм. Фундаментная подушка изготовлена в виде непрерывной ленты. В ее основании залегают крупнообломочные грунты с песчаным и супесчаным заполнителем, которые могут находиться в талом, обводненном или сезонно-мерзлом состоянии. Блоки ФБС под наружные стены имеют высоту 580 мм и ширину 600 мм, под внутренние – 580 и 400 мм соответственно. По верху фундаментных блоков уложен монолитный железобетонный пояс шириной на блок ФБС и высотой 500 мм. Кладка блоков осуществлялась на цементно-песчаном растворе. Глубина заложения фундамента от уровня планировки по проекту составляет 1,8 м. По периметру здания предусмотрена бетонная отмост- ка толщиной 100 мм.

При обследовании проверялась прочность бетона фундаментных блоков ФБС. Испытания выполнялись неразрушающим методом ударного импульса с использованием прибора ИПС-МГ4.03. Полученные опытные средние значения условного класса бетона ФБС составили 11,7 МПа, что соответствует классу В10. Прочность раствора – 2,9 МПа, что соответствует марке раствора М25.

В ходе обследования фундамента установлены следующие дефекты и повреждения:

– имеется разрушение бетона железобетонного пояса по оси А глубиной до 30 мм с наличием в нем трещин деформационного характера шириной раскрытия до 4-6 мм;

– выявлено разрушение материала железобетонного пояса по оси Г на глубину до 100 мм с оголением нижней рабочей арматуры;

– отмечено практически полное отсутствие как вертикальной, так и горизонтальной гидроизоляции в кладке фундаментных блоков.

По совокупности признаков, в соответствии с [8], и учитывая возможность устранения обнаруженных дефектов и повреждений, категория технического состояния обследованного фундамента отнесена к работоспособной.

Одновременно обследованы также и стены. Они выполнены из шлакоблоков размерами 200×200 х 400 мм. Несущими являются продольные стены. На 1-м этаже имелись четыре продольные стены, на 2-м этаже вместо внутренних продольных стен устроены столбы из шлакоблоков, поверх которых смонтированы ригели. Наружные стены имеют толщину в 1,5 блока (610 мм), внутренние – в один блок (400 мм). Горизонтальные швы между блоками армированы сетками из арматуры Вр-I с ячейкой 150х 150 мм, уложенными через 2 ряда кладки.

Кладка наружных и внутренних стен выполнена на цементно-песчаном растворе. Для оценки прочностных характеристик шлакобетонных блоков кладки проведены специальные испытания. Использовался метод отрыва со скалыванием прибором «ОНИКС-ОС». Испытаниями установлено следующее:

1) среднее значение прочности шлакобетонных камней R равно 6,6 МПа, что соответствует марке М50;

2) среднее значение прочности раствора кладки составляет 3,1 МПа, что соответствует марке М25.

В ходе обследования также обнаружено, что в стенах здания имеются сквозные трещины шириной раскрытия от долей миллиметра до 2, 5 см. Они обусловлены отклонениями и смещениями стен от вертикальной плоскости. Отклонения стены в уровне плит перекрытия 2-го этажа превышают 3 см. Эти деформации, по предположению ООО НИЦ «Сейсмозащита», могли быть вызваны как морозным пучением фундаментов в зимний период, так и их осадкой при летнем протаи- вании грунтов деятельного слоя.

Кроме всего прочего обращает на себя внимание следующее:

– почти повсеместно разрушен штукатурный слой внутри и снаружи здания;

– отмечено значительное выветривание и вымывание раствора швов кладки стен снаружи здания;

– отсутствуют монолитные антисейсмические пояса в уровне перекрытий;

– большинство простенков имеет ширину менее одного метра, их железобетонное обрамление отсутствует, что не соответствует сейсмостойкому строительству;

– отношение ширины простенка к ширине проема должно быть не менее 0,75, а по факту равно 0,31, что также не соответствует сейсмическим строительным нормативам.

Других дефектов и повреждений, влияющих на несущую способность стен, не выявлено.

С учетом того, что обнаруженные недостатки могут быть устранены при ремонтных работах, в соответствии с [8], по совокупности указанных там признаков, техническое состояние несущих стен данного сооружения отнесено к категории как работоспособное.

Исключение составляют торцевая стена по оси 2, а также примыкающие к ней стены пристройки, которые признаны аварийным, так как они не соответствуют требованиям [13].

В целом, по результатам обследования [1] и учетом рекомендаций, изложенных в [14], для дальнейшего использования этого здания, оно признано как «ограниченно пригодное 3-й категории».
При этом подчеркнуто, что требуемый уровень сейсмостойкости составляет 8 баллов. В 1973 г. сооружение проектировалось из расчета шести балльной сейсмичности района строительства. Поэтому сейчас дефицит сейсмостойкости существующего здания составляет 2 балла. Степень его повреждения по шкале MSK-64 – 3.

Для дальнейшей безопасной эксплуатации сооружения предложено разработать и выполнить проект капитального ремонта и сейсмоусиления, в котором должны быть учтены соответствующие рекомендации заключения [1], выданного ООО НИЦ «Сейсмозащита» в 2012 г.

Инженерно-геологическое обоснование для этого проекта выполнялось в 2014 г. ООО «Геофизстроем», результаты которого изложены в ГОСТе [2].

Согласно ГОСТу, участок изысканий приурочен к северо-восточной части долины левого берега р. Хасын, геологическое строение площадки сравнительно простое. С поверхности залегают техногенные грунты, представленные крупнообломочными аллювиальными отложениями с песком средней крупности и строительным мусором. Ниже располагаются аллювиальные и аллювиально-делювиальные образования. Русловой аллювий представлен песчано-гравийно- галечными грунтами. При этом, наряду с окатанными обломками пород (галька, гравий, единичные валуны), имеет место примесь щебня и дресвы. Крупнообломочные аллювиальные и делювиальные отложения представлены обломками магматических пород.

Коренные породы разрушены процессами выветривания до элювия (преимущественно, до щебня). Он перекрыт рыхлыми аллювиально-делювиальными отложениями мощностью до 3,5 м. Заполнителем этих грунтов является крупнозернистый или среднезернистый песок, реже – супесь. Гравийно-галечниковые грунты содержат прослои мелкого и гравелистого песка мощностью до 0,3 м.

Нормативная глубина слоя сезонного промерзания составляет 2,0-2,5 м. Грунты, залегающие под ним, находятся преимущественно в талом, как правило, обводненном состоянии. Это связано с гидрогеологическими условиями большей части территории поселка, которая отличается распространением здесь постоянно действующих подземных вод, приуроченных к аллювиальным грунтам долины реки Хасын. Ниже их залегают делювиальные и элювиальные отложения, состоящие из выветрелых порфиров, насыщенных водой по зонам трещи- новатости. Зафиксированные уровни подземных вод варьируют на отметках 1,2-4,6 м.

Подземные воды по химическому составу относятся к сульфатно-гидрокарбонатно- натриево-калиевым. Они обладают слабой выщелачивающей агрессивностью к бетону, повышенной плотностью и слабой углекислой агрессивностью к бетону нормальной плотности.

Таким образом, инженерно-геологические условия строительства на рассматриваемом участке сравнительно благоприятные. Фундаменты закладываются в достаточно прочные талые крупнообломочные и песчаные грунты, которые залегают на небольшой глубине от дневной поверхности.

Стоит отметить, что практически все эксплуатируемые (отапливаемые) здания поселка, находятся в достаточно устойчивом положении, без признаков недопустимой деформации, что подтверждает надежность их оснований.

Однако, на отдельных площадках, расположенных в пойме и на надпойменной террасе долины р. Хасын, подвалы некоторых домов нередко подтапливаются. Это осложняет их нормальную эксплуатацию.

В целях уточнения мерзлотно-геологи- ческих гидрогеологических условий объекта обследования для разработки проекта его капитального ремонта, в мае 2014 г. (в период максимального сезонного промерзания пород) выполнено контрольное бурение трех скважин глубиной 10 м.

Многолетнемерзлые грунты этими изысканиями не обнаружены. Однако подземные воды здесь вскрыты повсеместно: их наивысший уровень находился на глубине 1,72,4 м от дневной поверхности, т. е. подземные воды находились сразу же под подошвой слоя сезонной мерзлоты.

Грунты всех инженерно-геологических элементов, расположенные ниже глубины сезонного промерзания, находятся, как правило, в талом состоянии и отличаются высокой степенью водонасыщения. Такие грунты, в определенных условиях, могут служить достаточно надежным естественным основанием сооружений, которые возводятся здесь на ленточных фундаментах, при глубине их заложения до 2,5 м от дневной поверхности.

Проблема заключается в особенностях работы такого фундамента (его взаимодействия с грунтом) в условиях глубокого сезонного промерзания, к каковым относится площадка объекта обследования. Если вне области криолитозоны обычно принимается что вся нагрузка от сооружения передается через подошву фундамента на грунтовое основание, то грунты, соприкасающиеся с боковой поверхностью фундамента, только в отдельных случаях (сваи, глубокие фундаменты) принимают вертикальную нагрузку. Иначе работают фундаменты при их закладке в условиях сезонной криолитозоны. Здесь нагрузка от сооружения передается на грунт через все поверхности соприкосновения с ним фундамента. Это связано с тем, что происходит смерзание поверхности фундамента с грунтом, в результате чего касательные и нормальные усилия передаются от грунта к фундаменту и от фундамента к грунту. Величина передаваемых усилий при этом определяется прочностью смерзания.

Направление усилий, которые возникают при взаимодействии фундамента с грунтом, может изменяться во времени и зависит от того, в каком слое работает фундамент – сезоннопромерзающем или сезоннопротаи- вающем. Так, в пределах слоя сезонного промерзания касательные усилия, передаваемые грунтом фундаменту, направлены снизу вверх и развиваются в течение части года, в период промерзания этого слоя и его пучения. К касательным усилиям могут добавиться также и нормальные силы морозного пучения, если глубина заложения подошвы фундамента будет меньше глубины слоя сезонного промерзания. И наоборот, при сезонном протаивании, касательные усилия, передаваемые грунтом фундаменту, будут направлены сверху вниз и станут развиваться тоже в течение определенного времени года (в период оттаивания этого же слоя), вызывая дополнительную неравномерность осадок сооружения.

В зависимости от совокупного действия нормальных и касательных сил пучения при промерзании грунта, а также сил отрицательного (негативного) трения от его осадки при оттаивании фундамент может находиться в устойчивом состоянии или перемещаться (выпучиваться, оседать). Неравномерное перемещение фундаментов вверх или вниз служит, как правило, основной причиной деформаций зданий и сооружений. Закладывая фундаменты глубже подошвы сезоннопро- мерзающего и сезоннопротаивающего слоев, можно добиться того, что влияние ежегодных процессов пучения и осадки распространяется только на часть его боковой поверхности. Фундаменты же, заложенные целиком в слое сезонного промерзания – протаива- ния, испытывают влияние пучения и осадки не только через боковую поверхность, но и через подошву фундаментов.

В этой связи, на рассматриваемом объекте, ООО «Северо-Восточный научно- производственный центр» выполнил дополнительное обследование основания и фундаментных конструкций на предмет воздействия на их работу указанных мерзлотных факторов. Тем более что в отчете ООО «Гео- физстрой» [2], имелись предположения, как и в заключении ООО НИЦ «Сейсмозащита», о возможном их влиянии на трещинообразо- вание в стенах здания. Очевидно, что оно могло иметь место после того как здание отключили от системы центрального отопления.

Программа работ ООО «Северо-Восточный научно-производственный центр» включала в себя:

– изучение и анализ материалов предшествующего обследования и инженерно- геологических изысканий;

– визуальный осмотр проблемного здания и мест проявления деформаций, в т. ч. состояния фундаментных конструкций и грунтов в подполье под деформирующимися стенами;

– геодезическая съемка высотного положения надземных конструкций по длине сооружения;

– вскрытие фрагментов фундамента на полную глубину заложения шурфами в наиболее характерных местах с последующим изучением состава и теплового состояния грунтов основания, а также соответствия геометрических размеров проектным параметрам и технического состояния конструктивных элементов фундамента и деформированной стены над ним.

Результаты изучения и анализа материалов предшествующих работ по проблемному объекту, кратко изложены в первой части настоящего заключения. Они дают представление о техническом состоянии строительных конструкций существующего здания на октябрь 2012 г. (по данным ООО НИЦ «Сейсмозащита» [1]) и особенностях инженерно-геологических условий участка расположения сооружения на май 2014 г. (данные ООО «Геофизстрой» [2]).

На период обследования, выполняемого ООО «Северо-Восточный научно- производственный центр», (май-июнь 2017 г) на объекте уже велись ремонтные работы по укреплению его надземных конструкций (фото 1).

Это, по сути, дополнительное обследование. Оно производилось только на первом корпусе объекта, соединенном переходом (в настоящее время не работающим) с действующей школой начальных классов.

Данный корпус, постройки 1973 г., к настоящему времени был наиболее деформирован: его торцевая стена по оси 2 признана аварийной (фото 2); в продольных стенах (наружных и внутренних), примыкающих к этой стене, имеются сквозные трещины, шириной раскрытия от долей миллиметра (внизу у железобетонного пояса фундамента и даже в нем) до 3-5 см (вверху у карниза).

В других местах деформации стен визуально менее заметны. Однако геодезическая съемка (фото 3) высотных отметок верхних конструкций, выполненная с помощью электронного тахеометра SokkiaCX-105 по горизонтальной линии цоколя с привязкой к оконным проемам и карнизу по методике ГОСТа [3] показывает, что здание испытывает неравномерные деформации.

Очевидно, что эти деформации являются совокупным результатом морозного пучения грунтов в зимний период, а также их осадки при оттаивании в теплое время года [15]. Хотя по данным одного замера судить о величине вертикальных перемещений (вверх- вниз) не представляется возможным, тем не менее, заметить значительную неравномерность происходящих деформаций по длине здания, такой единичный замер позволяет.

Фото 1. Укрепление продольных стен армированием (фото В.П. Власова, пос. Палатка, июнь 2017 г.)

Откопка двух угловых фрагментов ленточного фундамента под проблемными стенами (фото 4-5) позволила проверить соответствие геометрических размеров подземных конструкций проектным, оценить их техническое состояние, а также вид, состав, льдистость (влажность) и тепловое состояние (мерзлое, талое) и, по полученным данным, установить причины возникновения и развития опасного трещино- образования.

Фото 2. Вид аварийной торцевой стены и трещины на примыкающей к ней наружной продольной стены, по которой видно отклонение первой от вертикали (фото В.П. Власова, пос. Палатка, июнь 2017 г.)

Фото 3. Геодезическое измерение неравномерности деформаций здания (фото В.П. Власова, пос. Палатка, июнь 2017 г.)

Фото 4. Вскрытие шурфом фрагмента фундамента под деформирующимся углом здания (на дне шурфа видна вода после оттаивания грунта в основании фундамента) (фото В.П. Власова, пос. Палатка, июнь 2017 г.)

Фото 5. Пример нарушения гидроизоляции кладки фундаментных блоков (фото В.П. Власова, пос. Палатка, июнь 2017 г.)

По результатам откопки выявлено и установлено следующее:

1) глубина заложения подошвы фундамента (1,8 м), геометрические размеры блоков ФБС, опорной подушки, железобетонного пояса, по которому уложены наружные и внутренние стены, соответствуют проектным параметрам;

2) вид грунтов, их напластование сверху вниз, их состав и влажностные характеристики, а также тепловое состояние (сезонно-мерзлое, талое) соответствуют материалам, представленным в отчете ООО «Геофиз- строй» [2] (см. данные по разведочным скважинам 334-336);

3) возникновение и развитие трещин в фундаментных конструкциях и кирпичных стенах над ними вызваны совокупным воздействием нормальных и касательных усилий морозного пучения грунтов в зимний период, их осадки при оттаивании в теплое время года;

4) усугубляющим моментом для трещинообразования явилось практически повсеместное отсутствие гидроизоляции (фото 6-7) вертикальных и горизонтальных стыков кладки ленточного фундамента из сборных железобетонных элементов (ФБС). Через имеющиеся зазоры подземные и поверхностные воды поступают в подполье, замерзают там, а образующийся при этом лед заполняет зазоры в стыках между ФБС, раздвигая их, обусловливая тем самым деформацию фундаментов и, соответственно, вышележащих на них стеновых ограждений (фото 8);

5) в результате строительные конструкции поднимаются вверх, отклоняются от вертикали. Причем их поднятие по длине здания не является равномерным (его величина зависит от многих мерзлотно-геологи- ческих и строительных факторов, что и показала геодезическая съемка). В летнее время происходит обратный процесс – оттаивание и осадка грунта, сопровождаемые возникновением и развитием на боковой поверхности фундамента сил отрицательного (негативного) трения.

Фото 6. Вытаивание воды из мерзлого сильно льдистого грунта из-под подошвы фундамента и его стыковые соединения, лишенные гидроизоляции (фото В.П. Власова, пос. Палатка, июнь 2017 г.)

Фото 7. Пример отсутствия гидроизоляции в стыковых соединениях фундаментных блоков (фото В.П. Власова, пос. Палатка, июнь 2017 г.)

Фото 8. Трещинообразование угловой стены в результате совокупного действия сил морозного пучения грунта и его осадки при оттаивании на фундамент (верхние конструкции здания к карнизу) (фото В.П. Власова, пос. Палатка, июнь 2017 г.)

Выводы и рекомендации

Учитывая результаты дополнительного обследования, произведенного ООО «СевероВосточный научно-производственный центр», а также мерзлотно-грунтовые и гидрогеологические условия участка расположения рассмотренного объекта по данным изысканий ООО «Геофизстрой» [2], кроме укрепительных работ верхних конструкций, рекомендованных ООО НИЦ «Сейсмозащита» [1], которые осуществляются в настоящее время заключаем:

– для обеспечения сохранности и долговечности, а также требуемых строительными нормами и правилами эксплуатационных качеств реконструируемого здания, целесообразно обратить внимание на необходимость устройства здесь дренажа и восстановления гидроизоляции подземной части сооружения;

– проектирование этих работ должно осуществляться специализированной организацией;

– выполнение предлагаемых мероприятий, надлежащий ремонт здания в целом и подключение к системам отопления, канализации и водоснабжения позволит обеспечить нормальное функционирование данного, важного для пос. Палатка, социального объекта.

 

Библиографический список

1. ВСН57-88 (р) «Положение по техническому обследованию зданий».
2. ГОСТ Р 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния».
3. ГОСТ Р 54257-2010. «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования».- М. : Стандартинформ, 2011.
4. СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть IV. Правила производства работ в районах распространения многолетнемерзлых грунтов».
5. СП 14.13330. 2011. «СНиП 11-7-81*. Строительство в сейсмических районах». – М. : ЦНИИСК им. Кучеренко, 2011.
6. СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия».
7. СП 25.13330. 2012 «СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах».
8. СП 31-114-2004. «Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах». – М., Госстрой России, 2005.
9. СП 47.13330. 2012 «СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения».
10. СП 131.13330. 2012 «СНиП 23-01-99. Строительная климатология».
11. Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток / под ред. Э.Д. Ершова. – М. : Недра, 1989. – 515 с.: ил.
12. Ершов Э.Д. Общая геокриология : учебник / Э.Д. Ершов. – М. : МГУ, 2002. – 682 с.
13. Здание детского сада по адресу: ул. Ленина, д. 62 в пос. Палатка Магаданской области. Заключение о техническом состоянии строительных конструкций (шифр 12259НД). – Владивосток : Сейсмозащи- та. – 2012.
14. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий / П.А. Коновалов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Стройиздат, 1988. – 287 с.
15. Технический отчет по комплексным инженерно- строительным изысканиям (шифр ИИ-054-14). Объект: «Реконструкция детского сада, расположенного по адресу: ул. Ленина, д. 62 в пос. Палатка, Магаданская область». – Магадан : Геофизстрой. – 2014.

Источник: Научный журнал “Вестник Северо-Восточного государственного университета” 2018. – Вып. 30.

Просмотров: 5

No votes yet.
Please wait...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

*

code