Обеспечение надежности при эксплуатации и строительстве объектов на береговых массивах, подверженных переработке

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ ОБЪЕКТОВ НА БЕРЕГОВЫХ МАССИВАХ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ПЕРЕРАБОТКЕ

Новиков В.Ю.

ГАСИС

Одним из негативных последствий формирования Волго-Камского каскада водохранилищ ученые считают интенсификацию процессов разрушения береговых массивов. Переработка берегов не носит затухающего характера, как это ошибочно предполагали проектировщики волжских гидроузлов. Отступление бровки на отдельных водохранилищах составило 300-500 м за период эксплуатации. С учетом того, что в бассейне р. Волги проживает около 40% населения страны и плотность населения достаточно велика, процессы переработки берегов представляют серьезную опасность. По некоторым источникам протяженность береговой зоны, подверженных линейной эрозии составляет более 20 тыс. км, а ежегодный объем переработанной береговой зоны достигает 300 млн. м3. На урбанизированных территориях отступление бровки берега реально угрожает аварийными ситуациями различным объектам в прибрежной зоне - жилым домам, производственным корпусам, сооружениям инженерной и коммунальной инфраструктуры, памятникам истории и культуры и т.п.

Эксплуатационная надежность различных сооружений, расположенных в прибрежной полосе определяется интенсивностью процессов, связанных с влиянием на инженерно - геологическую среду от вредного воздействия водных потоков.

Оценка состояния объектов, расположенных в береговой зоне, подверженной разрушению показала, что переработка берегов приближает к критическим отметкам предельное состояние несущих конструктивных элементов сооружений.

Постепенное накопление усилий в несущих и ограждающих конструкциях может проявляться без явных поверхностных проявлений, но вялотекущие процессы переработки берега могут вызвать дополнительные усилия и могут привести из упругого в пластическое состояние материала конструкций с последующими возможными авариями фрагментов и сооружения в целом.

Именно поэтому необходима своевременная и эффективная берегозащита наиболее опасных участков береговой полосы. Однако, в условиях дефицита финансовых ресурсов выполнение берегоукрепления на значительных линейных участках проблематично, ведь данный вид превентивных мероприятий является чисто затратной мерой не приносящей прибыли инвесторам. Само же негативное воздействие водных потоков невозможно приостановить, в связи с чем эксплуатация возведенных объектов и новое строительство в прибрежных зонах должны осуществляться исходя из существующего положения.

При обследовании зданий и сооружений, должна быть установлена несущая способность оснований и фундаментов эксплуатируемых объектов. В целом работы по обследованию предусматривают выполнение инженерно-геологических и гидрогеологических исследований площадки выполненной застройки, инженерно-геологическое обследование грунтов оснований и инженерное обследование состояния фундаментов.

Инженерно-геологические обследования грунтов оснований фундаментов и собственно фундаментов производят при отсутствии рабочих чертежей и исполнительных документов по возведению фундаментов, а также в случаях, когда обследованием земных конструкций зданий и сооружений обнаружены деформации, причиной появления которых могут быть неравномерные осадки основания в результате подвижки береговых массивов. Кроме того, такие обследования производят в случаях, когда предусматривается увеличение или изменение характера нагрузки, перестройка с устройством подвальных помещений, сооружение вблизи существующих зданий новых, изменение технологического процесса, связанного с воздействием на фундаменты агрессивных жидкостей, повышенных или пониженных температур и т. д.

Обследование бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений в прибрежной зоне следует проводить с учетом действующих нормативных документов. Согласно существующим в настоящее время принципам расчета несущих конструкций по предельным состояниям при обследовании все обнаруженные дефекты (отклонения от нормативных требований) необходимо разделять следующие типы: дефекты, указывающие на угрозу снижения ее необеспечения несущей способности; дефекты, недопустимые с позиций пригодности конструкций к нормальной ситуации.

При этом необходимо иметь в виду, что одни и те же дефекты могут указывать на непригодность конструкций как по несущей способности, так и для эксплуатации.

Следует различать трещины, появление которых вызвано напряжениями, проявившимися в железобетонных конструкциях в процессе изготовления, транспортировки и монтажа, и трещины, обусловленные эксплуатационными нагрузками и воздействием окружающей среды в результате переработки берегов

К трещинам, появившимся в доэксплуатационный период, относятся: усадочные трещины, вызванные быстрым высыханием поверхностного слоя бетона и сокращением объема, а также от набухания бетона. Трещины, вызванные неравномерным охлаждением бетона, и трещины, вызванные большим гидратационным нагревом при твердении бетона в массивных конструкциях часто наблюдаются в процессе строительства. Трещины технологического происхождения, возникшие в сборных железобетонных элементах в процессе изготовления, трещины в сборных железобетонных конструкциях, вызванные неправильным складированием, транспортировкой и монтажом, при которых конструкции подвергается воздействиям от собственного веса по схемам, не предусмотренным проектом.

Трещины, появившиеся в эксплуатационный период, можно разделить на следующие виды: трещины, возникшие в результате температурных деформаций из-за нарушений требований устройства температурных швов или неправильности расчета статически неопределимой системы на температурные воздействия и трещины, вызванные неравномерностью осадок грунтового основания в результате подвижек береговых массивов. Это может быть обусловлено нарушением требований устройства осадочных деформационных швов, аварийным замачиванием грунтов, проведением земляных работ в непосредственной близости от фундаментов без обеспечения специальных защитных мер, а также в результате подвижек береговых массивов.

Трещины, возникшие при нагружении конструкций, необходимо анализировать с учетом напряженно-деформированной стояния.

Так, в изгибаемых элементах, работающих по балочной схеме возникают трещины, перпендикулярные продольной оси, вследствие появления растягивающих напряжений вне действия максимальных изгибающих моментов, и трещины наклонные к продольной оси, вызванные главными растягивающими напряжениями в зоне действия существенных перерывающих сил и изгибающих моментов.

Нормальные трещины имеют максимальную ширину раскрытия в крайних растянутых волокнах сечения элемента. Наклонные трещины начинают раскрываться в средней части боковых граней элемента - в зоне действия максимальных касательных напряжений, а затем, развиваются в сторону растянутой грани.

Раздробление бетона сжатой зоны сечений изгибаемых элементов указывает на исчерпание несущей способности конструкции.

Характерно развитие трещин силового происхождения на нижней растянутой поверхности плит с различным соотношении сторон. При этом бетон сжатой зоны может быть не нарушен. Смятие бетона сжатой зоны указывает на опасность полного разрушения плиты.

Появление продольных трещин вдоль арматуры в сжатых элементах свидетельствует о разрушениях, связанных с потерей устойчивости продольной сжатой арматуры из-за недостаточного количества поперечной арматуры.

Дефекты в виде трещин и отслоения бетона вдоль арматуры железобетонных элементов могут быть вызваны и коррозионным разрушением арматуры. В этих случаях происходит нарушение сцепления продольной и поперечной арматуры с бетоном.

Появление в изгибаемых элементах поперечной, практически перпендикулярной продольной оси элемента трещины, проходящей через все сечение может быть связано с воздействием дополнительного изгибающего момента в горизонтальной плоскости, перпендикулярной плоскости действия основного изгибающего момента. Такой же характер имеют трещины и в растянутых железобетонных элементах, но при этом трещины просматриваются на всех гранях элемента.

В процессе проведения диагностики железобетонных конструкций целесообразно систематизировать полученные данные, для чего материалы обследования сводятся в таблицы или карты дефектов и повреждений.

При обследовании каменных и армокаменных конструкций необходимо прежде всего выделить несущие элементы, на состояние которых следует обратить особое внимание. Визуально и с помощью приборов устанавливают характерные отклонения от нормативных требований и проектных решений, этом выявляют фактические размеры конструктивных элементов, характер сопряжения стен между собой и конструкциями перекрытий и элементов каркаса, величину деформаций каменных и армокаменных конструкций в своей плоскости и перпендикулярно ей; несоблюдения требуемых условий опирания плит, перемычек, состояние стальной арматуры и закладных деталей, степень повреждения их коррозией. Необходимо установить размеры разрушений, к которым относятся сколы, трещины другие дефекты, и причины, их вызвавшие.

Целесообразно в процессе обследования выяснить, нарастают ли трещины во времени. С этой целью на трещины устанавливают маяки.

Обнаруженные в несущих каменных конструкциях трещины необходимо оценивать с позиций работы кладки под нагрузкой сжатия. При этом не следует исключать возможность появления трещин в результате нарушения технологии возведения кладки, например, в зимнее время, а также вызванных усадочными и температурными деформациями.

По окончании всего цикла работ по обследованию составляется заключение о техническом состоянии зданий и сооружений рассматриваемого объекта.

В заключении ключевым является вопрос о несущей способности конструкций зданий и сооружений. Ответ на него получают в результате проведения поверочного расчета несущей способности оснований и конструкций объекта, используя результаты обследования.

Выполняя поверочный расчет фактической несущей способности зданий и сооружений, нагрузки и воздействия следует принимать, руководствуясь положениями строительных норм и правил, и уточнять на основании проведенных обследований.

При укреплении эксплуатируемых зданий, находящихся в прибрежной зоне (из-за различных деформаций оснований, проявлявшихся длительный период и в различной интенсивности) важнейшим показателем качества работ является его пригодность к нормальной эксплуатации. При укреплении зданий и сооружений рядом с существующими, последние зачастую претерпевают дополнительные деформации, приводящие к потери эксплуатационной пригодности. Основными причинами развития дополнительных деформаций являются: уплотнение грунтов в основании под воздействием нагрузок, передаваемых зданиям или сооружениям, промораживание грунтов под фундаментом, развитие отрицательного трения сваи, динамическое воздействие на несвязные грунты при забивке свай, шпунта, выпора грунта в сторону котлована, открытый водоотлив из котлована и др.

Для принятия обоснованных решений при составлении проекта укреплении зданий в первую очередь производится тщательное обследование оснований и фундаментов и самих береговых массивов. Рекомендации по усилению и оснований и фундаментов разрабатываются на основе рассмотрения различных вариантов в конкретных инженерно-геологических условиях с учетом конструктивных особенностей здания или сооружения. Выбирается наиболее экономичный и технически целесообразный метод усиления фундаментов, а при необходимости - и других несущих элементов.

Все применяемые методы усиления грунтов основания зданий сводятся в основном к повышению их несущей способности. Для усиления грунтов до устройства берегозащитных сооружений применяются способы силикатизации и электросиликатизации, термический обжиг, устройство песчаных подушек под новые фундаменты.

Если фундаменты здания - ленточные, то инъекторы помещают с обеих сторон с поверхности земли, из подвалов или специальных траншей. Если ширина фундамента имеет значительные размеры, то закрепление грунтов основания производят наклонными инъекторами.

Для усиления фундаментов зданий применяется цементация, устройство бетонных и железобетонных обойм, укрепление фундаментов с расширением подошвы, усиление буроинъекционными сваями и призматическими сваями.

Метод цементации фундаментов применяется при недостаточной прочности кладки. Для этого в теле фундамента шлямбуром или перфоратором пробивают отверстия диаметром 25 мм и закладывают металлические трубки, через которые нагнетают цементный раствор состава 1:1 (цемент - вода) под давлением 0,3...0,5 Мпа.

Когда цементацию произвести невозможно, применяется метод укрепления фундамента бетонным и железобетонными обоймами. Для обеспечения прочности минимальная ширина бетонной обоймы должна составлять 15 см, чаще всего ее принимают равной 20..30 см. Железобетонная обойма применяется при неудовлетворительном состоянии фундаментов или стен на отдель-ных участках. Такие обоймы могут быть односторонними и двусторонними. Минимальная толщина обоймы 10 см, крепление их между собой производят анкерами диаметром 20 мм, выполненными из арматуры.

Свайные фундаменты усиливаются в случае их недостаточной несущей способности путем задавливания свай с опиранием их на прочные грунты или наращиванием существующих свай дополнительными секциями.

Выполненные исследования позволили принимать меры по обеспечению эксплуатационной пригодности зданий и сооружений, расположенных в прибрежных зонах.

Статья представлена Редакционным советом «Вестника МГСУ»