Изучение причин деформаций вновь построенного здания

В 1998 г. в юго-восточной части на стенах вновь построенного здания больницы в городе Куса начали возникать трещины . Здание двухэтажное, стены кирпичные, фундамент ленточный. Трещины с раскрытием в несколько сантиметров прошли поперек всей юго-восточной части здания по стенам и перекрытиям. В 12,5 м от торца здание начало разламываться. Это повлекло за собой вытягивание балок и плит перекрытия лоджии и теплого перехода.

При выявлении возможных причин разрушения были проведены: анализ расположения здания и дополнительные инженерно-геологические изыскания [16].

Анализ расположения здания показал, что имеет место сдвиг контура здания относительно проектного положения на 24 м к юго-востоку.

Здание было запроектировано на основании результатов выполненных инженерно-геологических изысканий, в ходе которых установлено, что основанием фундаментов будут служить щебенистый грунт обломочной зоны коры выветривания и скальный грунт (доломит). Такие грунты считаются соответственно малосжимаемым и несжимаемым и являются хорошим основанием фундаментов [6, 11–13].

В ходе дополнительных инженерно-геологических изысканий были пройдены шурфы и скважины, проведены отбор проб грунта ненарушенной структуры (монолитов) и лабораторные испытания, а также камеральные работы [1, 2, 4, 8, 16]. Местоположение скважин и шурфов, линии инженерногеологических разрезов приведены на рис. 1.

Получены следующие дополнительные сведения об инженерно-геологических условиях под юго-восточной частью здания [16]:

– наличие резкого понижения кровли скального грунта с образованием «кармана выветривания» [5, 10];

– выявлены ранее не встречавшиеся суглинки ИГЭ № 2, 4, 5 (ИГЭ – инженерно-геологический элемент);

• –    физико-механические свойства суглинков характеризуются значениями показателей, приведенными в табличной форме (см. таблицу) [7, 8];

  – значение коэффициента водонасыщения суглинка ИГЭ № 5 менее 0,8, поэтому при проведении компрессионных испытаний было проведено дополнительное водонасыщение суглинка при нагрузке 0,3 МПа [2, 10] и получена относительная деформация просадочности, равная 0,025.

Полученное значение превышает 0,01, что позволяет классифицировать грунт как просадочный [3, 14]. Относительная деформация просадочности при напряжении от собственного веса грунта составила 0,007. Начальное просадочное давление равно 0,13 МПа и в пределах всей просадочной толщи больше напряжения от собственного веса грунта 0,08 МПа, поэтому грунтовые условия по просадочности отнесены к I типу [5, 10, 11].

Инженерно-геологический разрез по линии 1–1′ приведен на рис. 2.

После завершения комплекса дополнительных инженерно-геологических изысканий установлены следующие причины деформации корпуса больницы [16]:

• –    при смещении на 24 метра к юго-востоку от первоначальной посадки здание попало на «карман выветривания», заполненный элювиальным суглинком твердым просадочным eMZ ИГЭ № 5. «Карман выветривания» вскрыт скважинами № 4, 5 и шурфом № 7 (см. рис. 1 и 2);

Рис. 1. Схема расположения выработок

Свойства ИГЭ № 2, 4, 5

Наименование показателей	Ед. изм.	Значения для
		ИГЭ № 2	ИГЭ № 4	ИГЭ № 5
Плотность             ρ I ρ II	г/см3	1,94 1,95	1,79 1,86	1,55 1,58
Число пластичности	%	13	10	8
Показатель текучести		0,43	0,51	–0,15
Коэффициент пористости		0,780	0,858	1,218
Коэффициент водонасыщения		0,801	0,914	0,631
Удельное сцепление: –при природной влажности СI СII – при водонасыщении     СI СII	кПа	10 15	20 30	24 28 20 21
Угол внутреннего трения: – при природной влажности φ I φ II – при водонасыщении      φ I φ II	градус	15 17	25 29	16 20 15 17
Модуль общей деформации: – при природной влажности – при водонасыщении	МПа	7	8	12 6
Относительная деформация просадочности: – при нагрузке 0,3 МПа – при напряжении от собственного веса грунта		Менее 0,01	Менее 0,01	0,025 0,007
Начальное просадочное давление	МПа			0,13
Напряжение от собственного веса грунта				0,08
Степень морозной пучинистости	%	7 (средне-пучинистый)	10 (сильно-пучинистый)	Менее 1 (непучи-нистый)

Теория расчета строительных конструкций

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

КАЙНОЗОЙСКАЯ ГРУППА КЗ .

бетонное покрытие насыпной грунт-супесь,строительный мусор в виде щебня,битого кирпича,обломков древесины,бетона.

/^/насыпной грунт-суглинок коричневый, жёлтый, серо-коричневый, раз личных генетических типов(е,л),щебенистый,с примесью органических веществ. ^м-сыпмй -гр^н-т- - ^бьс^а^лси-бос-Ю щи^ c^o^J «^ Se «^ v к-<7 j^ гч^е.ьст^а_. суглинок тугопластичный,коричневый,щебенистый.

щебенистый грунт с суглинистым твёрдым жёлтым,коричневым,прос-v лоями белым заполнителем до 22%,с глыбами известняка,доломита, слабовыветрелый .

МЕЗОЗОЙСКАЯ ГРУША ^/^

eVZ/г

еЛ/3 еЛИ

суглинок мягкопластичный,жёлтый,лёгкий пылеватый,с дресвой и щебнем.

суглинок просадочный твёрдый,лёгкий песчанистый,ярко-жёлтый, желто-оранжевый,щебенистый,в нижней части слоя с останцами.

суглинок твёрдый непросадочный,жёлто-бурый,щебенистый.

ПРОТЕРОЗОЙСКАЯ ГРУППА Р£

/ч г ^ ^ j г _D диабаз средней прочности тёмно-зелёный,мелкокристаллической ^л-^г Ж г К 5 структуры, массивной текстуры, трещиноватый.

,—.—,—         известняк мраморизованный прочный,размягчаемый в воде,мелко-

® НТ^ Ч ?R з s£ кристаллической структуры, массивной текстуры, белый с голубым оттенком,с прослоями сильнотрещиноватого.

ЖЖЖЖй       доломит малопрочный,тёмно-серый,размягчаемый в воде,мелко- r s кристаллический, массивный, сильнотрещиноватый.

c^Qv

геолого-генетический индекс номер инженерно-геологического элемента

Рис. 2. Инженерно-геологический разрез по линии 1-1′

– разносжимаемость грунтов в основании фундамента способствовала оседанию юговосточной части здания. Разносжимаемость хорошо проиллюстрирована инженерно-геологическим разрезом по линии 1–1'. Так, в скважинах № 1, 2, 3 фундаменты опираются на малосжимаемый щебенистый грунт ИГЭ № 3 с модулем общей деформации 42 МПа и несжимаемый скальный грунт, а в скважине № 4 – на сильносжимаемый суглинок мягкопластичный ИГЭ № 4 с модулем общей деформации 8 МПа и на суглинок твердый просадочный ИГЭ № 5;

– замачивание привело к изменению состояния суглинка в верхней части толщи из твердого в мягкопластичное, в результате чего образовался суглинок мягкопластичный ИГЭ № 4. При этом он приобрел категорию сильнопучинистого;

– при замачивании суглинка просадочного ИГЭ № 5 резко ухудшаются его механические свойства. Если при природной влажности модуль общей деформации равен 12 МПа, то при водона-сыщении всего лишь 6 МПа, т. е. степень изменчивости сжимаемости основания равна 2. Снижение прочностных свойств проявляется следующим образом: при природной влажности удельное сцепление равно 28 кПа, а при замачивании – только 21 кПа, ухудшение угла внутреннего трения происходит С 20 до 17 градусов;

– в шурфе № 8 под фундаментом здания обнаружен насыпной грунт, классифицирующийся как свалка [9, 10] различных суглинков с содержанием органических веществ 34 %. Наличие подобных насыпных грунтов в основании фундамента категорически не допускается [5].

Без сомнения, деформаций здания можно было бы избежать, если бы своевременно были заказаны дополнительные инженерно-геологические изыскания в контуре смещения корпуса больницы, а проект был бы откорректирован с учётом выявленных специфических грунтов, резкого понижения кровли скальных грунтов в «кармане выветривания» и разносжимаемости грунтов основания. Дополнительные инженерно-геологические изыскания все равно пришлось выполнять [16], но уже для выяснения причин деформации здания.

В работе [15] неоднократно подчеркивается, что отсутствие контроля при строительстве со стороны заказчика, строительного контроля часто приводят к возникновению аварий, как при возведении зданий и сооружений, так и при их реконструкции.

Таким образом, в результате работы выявлено, что основной причиной деформаций здания явилось невыполнение положений СП [5], в частности пункта 4.8 – «Проектирование оснований без соответствующего инженерно-геологического обоснования или при его недостаточности не допускается».