Рассмотрены актуальные вопросы повышения безопасности при выполнении работ по обследованию оснований зданий и сооружений (ЗиС). В достаточном объеме приведены практические примеры по предупреждению аварийных ситуаций, которые имели место при проведении технического обследования оснований ЗиС в Южном регионе России. Выполнен анализ аварийных ситуаций, имеющих место при производстве земляных работ, на основании которого сделаны соответствующие выводы, направленные на снижение аварийности и повышение безопасности в строительной отрасли.
Как показывает опыт экспертизы технического состояния зданий и сооружений (ЗиС), около 60—80 % из них получает недопустимые деформации и нарушения несущей способности, по причине неудовлетворительной работы основания.
В связи с вышеизложенным, в последние десятилетия, в целях обеспечения безопасности эксплуатации различных строений, значительно возрос объем работ по обследованию оснований существующих зданий и сооружений. К настоящему времени в достаточной степени разработаны различные нормативные документы по проведению соответствующих исследований [1—14], но, к сожалению, значительно отстают от велений времени вопросы безопасности производственной деятельности при выполнении подобных видов работ.
В настоящей статье на основании анализа результатов технического обследования ряда зданий и сооружений, сделаны соответствующие выводы по особенностям безопасного исследования оснований зданий и сооружений.
Как обычно, обязательное техническое обследование зданий и сооружений осуществляют при:
разрушении зданий и сооружений или отдельных конструкций;
видимых дефектах конструкций;
планах на изменение функционального назначения здания;
изменении профиля производства; перепланировке и переоборудовании; реконструкции;
возобновлении строительства после «заморозки» и т.п.
Независимо от причины обследования состояния здания или сооружения, соответствующие работы всегда необходимо выполнять таким образом, чтобы не ухудшить техническое состояние обследуемого объекта и его основания, то есть – не навредить. В качестве примеров рассмотрим несколько возможных случаев снижения безопасности системы «Основание – фундамент – надземная часть здания», которые могли-бы привести к снижению надежности всей системы и разрушению соответствующих строений и их оснований:
Жильцы одного из 5-ти этажных панельных домов г. Пятигорска в 90-е годы обратились с жалобой на невидимые деформации здания, которые проявлялись в виде отскоков облицовочной плитки в ванных комнатах. В результате технического обследования здания было выявлено, что:
здание расположено на склоновом участке и на уровне 2—3 этажей стены отошли от вертикали до 10см в сторону откоса (именно на 2—3 этажах происходили отскоки облицовочной плитки и внешняя стена здания по вертикали выгнулась дугой);
подвальная часть здания в течение длительного времени (более 1 года) находилась в подтопленном состоянии из-за нарушения канализационных стоков, а также течей в водопроводной и отопительной системах (высота жидкости в подвале достигала 0,5м), в результате чего бетонный пол подвала опустился до 0,15 м…0,25 м;
в результате разработки шурфов со стороны склона, было выявлено, что свайные фундаменты, предусмотренные по проекту, были заменены на фундаменты железобетонные стаканного типа, под башмаками некоторых со стороны склона были обнаружены пустоты высотой до 0,1 м и глубиной до 1,5 м (вдоль подошвы фундамента). Здание сохраняло свою устойчивость только за счет пространственной жесткости железобетонной конструкции панельного дома.
В случае разрыва стыкового участка между железобетонными стеновыми панелями здания могло произойти практически мгновенное обрушение всего жилого дома. Поэтому ГИПом был оперативно разработан проект и соответственно осуществлена работа по инъектированию под давлением цементно-песчаного раствора текучей консистенции в пустоты под фундаментами. Одновременно были предусмотрены соответствующие мероприятия по исключению скопления воды как в подвальной части, так и на территории дворовой площадки, что способствовало прекращению деформаций и сохранению работоспособности жилого дома.
На одной из строительных площадок в г. Ессентуки в непосредственной близости с существующим 2-х этажным зданием был разработан котлован под новое строительство, отметка дна которого оказалась на уровне низа фундаментов существующего здания. Через некоторое время дно котлована, расположенное рядом с фундаментами существующего здания, стало перемещаться вверх. Своевременно предпринятые оперативные меры по пригружению вспучиваемых участков местным грунтом с одновременным проведением соответствующих работ по уплотнению грунта позволили сохранить целостность существующего здания и исключили возможность последующей деформации построенного здания.
В Буденновском районе Ставропольского края было необходимо выявить причины появления критических трещин в кирпичных стенах здания насосной станции. Решено было выполнить демонтаж осевого насоса и проверить амплитуду его колебаний. Когда соединительные фланцы насоса были отделены от фланцев водоподводящего и водоотводящего трубопроводов, насос вместе с фундаментом, на котором он был закреплен анкерными болтами, резко ушел вниз на 0,4 м (!). (Только по счастливой случайности никто не пострадал). Выяснилось, что основанием фундамента под насос служили суглинистые грунты 2-ого типа по просадочности, которые при увлажнении в процессе эксплуатации насосной станции и под воздействием динамических воздействий нарушили свою природную структуру. В этом случае за счет проявления просадочных свойств грунтов основания и его последующей деформации насос практически, повис в воздухе и поддерживался на весу металлическими трубами входа и выхода.
В последующем своевременно предпринятые меры по установке стабилизации уровня грунтовых вод за счет устройства кольцевого прифундаментного дренажа вокруг насосной станции и уплотнение грунтов внутри помещения, позволили сохранить работоспособность и надежность насосной станции.
В г. Минеральные Воды при обследовании фундаментов промышленного здания был разработан шурф в бетонном полу со стороны внутреннего помещения. Железобетонный пол был выполнен двухслойной конструкции с размещением в средней части горизонтальной гидроизоляции из толя. В процессе разработки шурфов в бетонном полу и последующего нарушения горизонтальной гидроизоляции было выявлено повышение влажности нижнего слоя бетона. При продолжении работ по дальнейшей разработке шурфа, под нижним слоем бетона была обнаружена напорная вода, которая в течение короткого времени заполнила шурф. Причем вместе с водой из-под обследуемых фундаментов происходило выклинивание грунтовой массы. Своевременно предпринятые меры по закреплению стенок шурфа инвентарными щитами позволили избежать нарушения устойчивости фундаментов и здания в целом.
Следует отметить, что согласно ранее выполненным (в период проектирования) инженерно – гидрологическим изысканиям, грунтовые воды были выявлены на глубине 5—6 м, поэтому появление воды под подошвой фундамента (на глубине 1,5 м) у экспертов вызвало недоразумение. В беседе с представителями службы эксплуатации было выявлено, что несколько месяцев назад в здании произошла внештатная ситуация, в результате чего в течение длительного времени техническая вода из трубопровода поступила в основание здания. Через 5 часов откачки воды из шурфа поступление воды в них прекратилось, что свидетельствовало о действительно локальном характере появления воды под фундаментами по причине ранее имеющего место нарушения герметичности водопроводной трубы, проложенной в канале здания.
На одном из заводов в г. Минеральные Воды, возведенном на просадочных грунтах 2 типа, в течение длительного времени происходило поступление воды в основание здания. При проведении технического обследования основания и конструкций здания была выявлена повышенная влажность грунтов основания, приведшая к деформации фундамента под газгольдер высокого давления, крен которого составил 150 мм!
Своевременно предпринятые меры по выравниванию основания под газгольдер (путем устройства набетонки на существующий фундамент) предупредили аварийную ситуацию, которая могла произойти в случае разрыва технологического трубопровода высокого давления.
В 60-х годах прошлого века в г. Новочеркасске были построены два 5-ти этажных жилых дома, отстоящих друг от друга на расстоянии, равном длине здания. В 70-х годах решено было поставить еще один жилой дом между уже существующими зданиями. В связи с полной идентичностью грунтовых условий под оба существующих здания и в целях экономии средств на инженерно-геологические изыскания, решено было последние не производить под новое строительство и расчеты произвести согласно имеющимся результатам изысканий под существующие здания.
Была осуществлена разработка котлована под новое строение. Визуальное обследование разреза стенок котлована полностью подтвердило идентичность грунтов с соседними участками. Подвальная часть здания была возведена на 1/3 длины здания. В период выполнения монтажных работ по устройству монолитного железобетонного перекрытия, один из рабочих случайно уронил стержень арматуры длиной 3м. Под действием собственного веса арматурный стержень вертикально упавший с высоты 3м углубился в дно котлована на… 1,5 м! При передаче небольшого усилия на арматурный стержень последний полностью погрузился в грунтовое основание. Дальнейшие исследования показали, что «пятно» слабого грунта было диаметром около 0,5 м и представляло собой верхнюю плоскость усеченного конуса слабого грунта, который распространялся вглубь под углом около 20 °С увеличением в стороны.
В результате опроса местных жителей была получена информация о том, что десятки лет назад на месте пятна слабого грунта существовал родник, который перестал функционировать после проведения соответствующих земляных работ выше по рельефу местности.
В целях обеспечения надежности и безопасности будущего здания, дно котлована вокруг пятна было разработано на глубину 500 мм в виде квадрата в плане с величиной стороны, равной ширине здания. В разработанной выемке была встроена монолитная железобетонная плита, на которой впоследствии возвели, согласно существующему проекту, остальную часть здания. По истечении более сорока лет эксплуатации на построенном жилом доме не было обнаружено каких-либо видимых следов деформации.
В результате возникновения ливневых паводков в станице Суворовской в Предгорном районе Ставропольского края произошло подтопление фундаментов одноэтажного жилого дома размерами 9,0×12,0 м в плане из бутового камня на глинистом растворе и нижней части стен, выполненных из саманных блоков (смесь глины с соломой). Произошло полное обрушение одной из торцевых стен и частичное обрушение примыкающих к ней продольных стен. Четырехскатная конструкция деревянной крыши накренилась в сторону обрушенного фундамента, находилась в неустойчивом состоянии и защищала помещения от атмосферных осадков. Тем не менее, члены административной комиссии не признали жилой дом аварийным и из него не были выселены жильцы, которые при ветреной погоде в полночь выбегали на улицу, боясь, что на них обвалится остальная часть дома, которая угрожающе раскачивалась и издавала соответствующие ужасающие звуки.
В одном из частных секторов г. Буденновска в результате засорения участка канализации от дворового до уличного колодцев произошло скопление сточных вод. В течение многодневных прений по поводу выявления виновных за возникшую аварийную ситуацию и ответственных за ликвидацию аварии, произошла последующая фильтрация воды в окружающий просадочный (2 тип) грунт, что привело к локальной деформации участка размерами в плане около 50×50 м на величину до 30 см. В результате опускания земной поверхности произошло соответствующее проседание канализационной линии, которая получила контруклон. Также деформировали тротуары и 4 жилых дома, примыкающих к аварийной площадке, произошел разрыв газопровода и других коммуникаций.
Только после проведенного технического обследования суд вынес решение по ликвидации последствий аварии в пользу жителей прилегающих домов.
В период авторского инспектирования строительства одной из водозаборных насосных станций в Буденовском районе, возводимом на просадочных грунтах 2 типа, было обнаружено более 30 отступлений от технологии строительства, предусмотренной проектной документацией, в том числе такие как: отсутствие уплотнения просадочных грунтов на определенную глубину; нарушение целостности полиэтиленовой пленки, укладываемой в основание водозаборной части в качестве гидроизоляции; пренебрежение тампонированием пустот за железобетонными плитами облицовки; отсутствие нахлеста и скрепления между выпусками арматуры в плитах облицовки и т.п. Исполнитель (начальник строительного участка) имел солидный опыт возведения подобных насосных станций в других геологических условиях, поэтому пренебрег замечаниями представителя проектной организации. По истечении 2-х недель после ввода объекта в эксплуатацию как здание насосной станции, так и подводящий железобетонный канал (водозабор) получили деформации, величины которых доходили до 30 см. Как здание насосной станции, так и подводящий канал были демонтированы и заново возведены за счет строительной организации с учетом ранее предъявленных замечаний.
При реконструкции стадиона одной из организаций в г. Новочеркасск по его периметру были обнаружены колодцы, выложенные из дикого камня без применения раствора, в которых не было обнаружено каких-либо коммуникаций. Колодцы за ненадобностью засыпали грунтом и осуществили реконструкцию. После завершения работ по планировке площадки стадиона и его реконструкции было обнаружено, что при выпадении осадков замедлилась скорость фильтрации воды с площадки в грунт. Подобное явление не наблюдалось на поверхности грунтового стадиона до его реконструкции. Как выяснилось уже позже, в начале 20 века при закладке стадиона на просадочных грунтах по его периметру были предусмотрены так называемые «сухие» колодцы, предназначенные для ускорения скорости отвода воды, поступающей с поверхности площадки к «сухим» колодцам.
На основании анализа результатов длительных статистических наблюдений (в течение 49 лет) за сходом селевых потоков в потенциально опасных участках на территории Центрального Кавказа было выявлено [15—18], что в период полнолуния сход селевых потоков активизируется до 300 % (в три раза!). В целях обеспечения безопасности при производстве работ в горах или проведении досуга туристами и отдыхающими не рекомендуется в период новолуния производить восхождения в горы. В то же время, именно в эти дни работникам МЧС и спасательных служб следует повысить бдительность и готовность к ликвидации аварийных ситуаций.
В г. Прохладный Кабардино-Балкарской республики вплотную между двумя существующими зданиями в два (кирпичное) и пять (с железобетонным каркасом) этажей, была запроектирована 2-этажная «вставка». Через несколько месяцев, после ввода «вставки» в эксплуатацию, произошло опускание последней до 18 см, повлекшее за собой деформации части существующего 2-х этажного здания. Техническое обследование основания прилегающей территории, а также конструкций «вставки» и примыкающих зданий, выявил ряд следующих грубейших нарушений на всех стадиях осуществления системы «изыскания-проектирование-эксплуатация»: проектирование «вставки» было осуществлено без проведения предварительных инженерно-геологических изысканий (были использованы материалы изысканий прошлых лет, выполненные для существующих зданий); между «вставкой» и существующими зданиями не были предусмотрены и осуществлены деформационные швы. Поэтому по всей высоте примыкающей к вставке торцевой части существующего 2-х этажного здания появились косые трещины и были зафиксированы деформации полов (до 18 см), перекрытий и крыши; в связи с повышенной жесткостью железобетонного каркаса 5-ти этажного здания, на нем не сказались деформации «вставки»; «вставка» была «посажена» на действующую канализационную трубу, которая была разрушена, и сточные воды стали поступать под все три здания; отвод канализационных стоков осуществлялся в выгребной колодец, который практически не имел гидроизоляционной защиты, и сточные воды поступали в грунты дворового участка (при разработке разведочных шурфов было выявлено, что грунты находились в водонасыщенном состоянии и имели текучую консистенцию); положение усугублялось скоплением атмосферных осадков на локальном участке проседания поверхности, возникшего от поступления сточных вод и т.д.
Осуществленные впоследствии затраты на реконструкцию и восстановление работоспособности существующих зданий и возведенной «вставки» в несколько раз превысили финансовые расходы, которые пошли бы на выполнение предварительных инженерно-геологических изысканий.
В Ингушетии по Федеральной программе были построены 2-х этажные жилые коттеджи, один из которых за 6-ти месячный период эксплуатации получил деформации, величина которых (до 27 см) значительно превысила допустимые нормативные значения [19]. В результате выполненного технического обследования и ознакомления с архивными материалами были выявлены следующие нарушения, повлекшие за собой развитие критических деформаций: основанием жилого коттеджа служили лессовидные просадочные грунты 2 типа. Поэтому проектировщиками были предусмотрены соответствующие противопросадочные мероприятия, в том числе, прокладка водоподводящих и водоотводящих коммуникаций (канализационных, водопроводных и системы отопления) в специальных герметичных железобетонных лотках. Лотки, в свою очередь, были запроектированы с уклоном от здания в сторону контрольных колодцев, снабженных, в случае появления воды в колодце, соответствующей сигнализацией. Железобетонные лотки были выполнены, но с разделением их в поперечном сечении перегородками, являющимися продолжением стен и перегородок здания. Естественно, в случае попадания воды в каналы, перегородки препятствовали свободному транспортированию последней к контрольным колодцам.
(Вероятно, строители не владели информацией о предназначении железобетонных лотков?). Поэтому, при образовании течей на стыковых соединениях канализационных труб, произошло локальное скопление сточных вод на отдельных участках и их последующее поступление в основание, которые привели к замачиванию просадочных грунтов и последующему проявлению соответствующих деформаций. Причиной, повлекшей за собой нарушение стыковых соединений канализационных труб, явились незначительные деформации средней части здания, которые произошли в связи с возведением дома на русле иссякшего водостока (насыпной грунт не был уплотнен до природной плотности соседних участков (под торцевыми участками строения)), а с верховой стороны строительной площадки русло сохранило прежнюю конфигурацию. Поэтому в осенне-весенний период атмосферные осадки устремились по пониженному участку местности и переувлажнили насыпные грунты основания, которые, в свою очередь, привели к деформации канализационных труб, разъединению лотков на стыковых участках и фильтрации в основание канализационных вод. Затраты на реконструкцию и восстановление надежности жилого коттеджа значительно превысили расходы, которые были заложены для устройства планировки местности и соответствующее уплотнение грунта искусственной насыпи в русле иссякшего ручья.
В одном из воинских зданий культурного предназначения произошло не свойственное современному строительству явление – через 6 месяцев после ввода здания в эксплуатацию произошло равномерное опускание железобетонных полов помещения. Причем на остальных конструкциях здания не было выявлено следов каких-либо деформаций. В ходе опроса солдат и офицеров было выявлено, что устройство полов осуществляли в зимнее время по насыпному мерзлому грунту мощностью около 1,5 м, который после размораживания проявил просадочные свойства.
В целях восстановления функционального предназначения помещения, пришлось по деформированному железобетонному полу осуществить укладку песчаного грунта с послойным уплотнением. По подготовленному таким образом основанию выполнили устройство 2-го слоя железобетонного пола, причем в стесненных условиях и в помещениях, где уже были завершены отделочные работы!
Естественно, подобная практика приводит к неоправданно высоким издержкам в строительном процессе.
На основании анализа вышеприведенных примеров по безопасности проведения обследования оснований зданий и сооружений, можно сделать следующие выводы:
Перед началом обследования основания здания или сооружения необходимо убедиться в устойчивости и надежности его несущих конструкций, особенно – рядом с разведочными выработками.
При выполнении технического обследования оснований и конструкций зданий и сооружений (особенно находящихся в состоянии повышенной опасности обрушения) необходимо использовать методики и способы, которые не снижали бы устойчивость и надежность обследуемого объекта.
В случае аварийного состояния зданий и сооружений рекомендуется максимально снизить время от момента проведения исследования до практического осуществления проекта реконструкции или усиления строения.
При проведении работ по обследованию зданий и сооружений рекомендуется предусмотреть возникновение нестандартных аварийных ситуаций, в целях своевременного принятия мер по сохранению устойчивости существующего здания и его конструкций.
В случае возникновения чрезвычайных ситуаций (наводнения, пожары, землетрясения, оползни, сход селевых потоков и т.п.) и непосредственной угрозы аварийных зданий и сооружений жизни человека, наделить дефектную комиссию правом выдачи рекомендаций по незамедлительному выселению жильцов строений из аварийных зданий путем приложения к предписаниям копий соответствующих фотои видеоматериалов с места событий.
Представителям строительных компаний при приеме на работу специалистов, особенно молодых или из других регионов страны, рекомендуется информировать последних об особенностях строительства в местном регионе (например, для территории Северо-Кавказского Федерального округа свойственны сложные грунтовые условия (просадочные грунты 2 типа) и повышенная сейсмичность).
Основной принцип изыскателя или эксперта – «НЕ НАВРЕДИТЬ!». Поэтому, в случае обнаружения каких-либо непонятных конструкций («сухие» колодцы) или грунтовых условий (пористые грунты в зоне влияния родника, прекратившего свое существование), следует обязательное выяснение сути вопроса, в том числе путем опроса местного населения.
Перед тем, как предпринять рискованные мероприятия по ускорению процесса изысканий (снижение количества разведочных выработок) или строительства (укладка мерзлых грунтов в основание конструкции пола), рекомендуется осуществить сопоставление сиюминутной выгоды со значительно большими затратами на исправление допущенных ошибок, в том числе с учетом повышенной безопасности эксплуатации сооружения.
ГОСТ 31937-2011. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.
СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. М.: Госстрой России, 2003. 40 с.
МДС 13-20.2004. Комплексная методика по обследованию и энергоаудиту реконструируемых зданий.
СНиП П-7-81*. Строительство в сейсмических районах.
СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции.
СП 31-114-2004. Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах.
ГОСТ 5180-84. Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.
ГОСТ 54257-2010. Национальный стандарт Российской Федерации. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования.
СП 11-105-97. Свод правил по инженерным изысканиям для строительства. инженерно-геологические изыскания для строительства.
СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения.
Мешечек В.В., Матвеев Е.П. Пособие по оценке износа жилых и общественных зданий. Центральный межведомственный институт повышения квалификации руководящих работников и специалистов строительства при Московском государственном строительном университете (ЦМПИКС при МГСУ).
Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции. Правительство Москвы. МОСКОМАРХИТЕКТУРА.
Пособие по обследованию строительных конструкций зданий. АО «ЦНИИПРОМЗДАНИЙ».
Свод реставрационных правил СРП-2007 «Рекомендации по проведению научно-исследовательских, изыскательских, проектных и производственных работ, направленных на сохранение объектов культурного наследия (памятников истории и культуры) народов Российской Федерации». 2-я редакция. (Рассмотрен и рекомендован к применению циркулярным письмом Министерства культуры РФ от 13 ноября 2009 г. № 7747-0139/05-АБ.) 117с.
Политов С.И. К вопросу обеспечения надежности оснований зданий и сооружений // В кн.: Актуальные проблемы фундаментостроения на Юге России. Материалы Российской научно-практической конференции, посвященной памяти профессоров Ю.Н. Мурзенко и А.П. Пшеничкина. 14—15 июля 2010 года. Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2010. С. 192—195.
Сейнова И.Б., Золотарев Е.А. Ледники и сели Приэльбрусья. М.: Новый мир, 2001. 203 с.
Черноморец С.С. Селевые очаги до и после катастроф. М.: Новый мир. 2005. 180 с.
Баркова Е.А., Политов С.И. Синергетический подход к вопросу предсказуемости активизации селевых потоков в целях обеспечения надежности эксплуатации зданий и сооружений, расположенных в селевых бассейнах // Научные труды ПГТУ. Пятигорск, 2008. № 31. Ч. 1. С. 27—34.
СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция.