Фундаменты. Техническое обследование фундаментов и оснований

Фундамент — несущая конструкция, часть здания, сооружения, которая воспринимает все нагрузки от вышележащих конструкций и распределяет их по основанию. Изготавливаются из бетона, камня или дерева.

Фундаменты, как правило, закладываются ниже глубины промерзания грунта для того, чтобы предотвратить их выпучивание. На непучинистых грунтах при строительстве легких деревянных построек применяют мелкозаглублённые фундаменты.

Для строительства зданий применяются ленточные, стаканные, столбчатые, свайные и плитные фундаменты. Они бывают сборные, монолитные и сборно-монолитные. Выбор фундамента зависит от сейсмичности местности, грунта и архитектурных решений.

1. Определение технического состояния и степени износа фундаментов

Долговечность и безопасность здания или сооружения напрямую зависит от исправного состояния фундамента. В процессе длительной эксплуатации, а также в результате ошибок допущенных при проектировании и строительстве в фундаменте возникают деформации, появляются трещины и другие признаки разрушения. Неудовлетворительное состояние фундамента, в конечном счёте, приводит к аварийному состоянию, а в особо тяжёлых случаях и к разрушению здания или сооружения.

Признаков износа и снижения несущей способности фундаментов достаточно много и грамотно их идентифицировать может только специалист. Однако есть ряд симптомов при появлении которых человек даже далекий от строительства может сделать определённые выводы. Так, возникновение в цоколе и стенах (под окнами) первого этажа мелких трещин может стать признаком появления проблем с фундаментом. Появление отдельных глубоких трещин в стенах уже является поводом для беспокойства. А в случае если появились сквозные трещины, проходящие по всей высоте здания, наблюдается выпучивание и искривление участков стен и выпучивание полов значит с фундаментом серьёзные проблемы.

Для установления точных причин появления повреждений, а также для выбора метода восстановления эксплуатационных характеристик фундамента с минимальными затратами необходимо провести мероприятия по определению текущего технического состояния и степени износа т.е. экспертнодиагностическое обследование. Обследование производится с использованием современных приборов которые позволяют определить прочность фундамента, степень повреждения, наличие и диаметр арматуры и другие характеристики не разрушающим методом. Полученные данные обрабатываются и выдаётся заключение с рекомендациями по устранению выявленных дефектов. На основании этого заключения выполняются проектные и ремонтные работы по восстановлению работоспособности фундамента.

Образование раковин (рис. 1) является следствием недостаточного уплотнения бетонной смеси при укладке в опалубку.

Рис. 1. Раковины в железобетонных монолитных фундаментных стенах

Расслоение вызывается подтягиваемой снизу водой, которая застревает под преждевременно застывшей коркой бетонной поверхности (рис. 2).

Рис. 2. Расслоение железобетонной конструкции

Причина возникновения выбоин и углублений в бетоне, в большинстве случаев, это результат того, что производство бетонных работ было выполнено с нарушениями технологии строительства (рис. 3).

Рис. 3. Выбоины и углубления в бетоне

Сквозная трещина в цокольной стене здания (рис. 4) образовалась в результате нарушения технологии ухода за бетоном в летний период.

Рис. 4. Сквозная трещина в цокольной стене здания

Разрушение опорных частей столбчатого монолитного фундамента (рис. 5) произошло по причине недостаточной несущей способности возведённых фундаментов.

Рис. 5. Разрушение опорных частей столбчатого монолитного фундамента

Рис. 6. Разрушение бетона по краям обреза фундамента

Разрушение бетона по краям обреза фундамента (рис. 6) произошло по причине замораживания бетона, т.е. нарушения технологии производства бетонных работ в зимний период.

2. Признаки аварийного состояния фундаментов

Аварийное состояние фундаментов наступает из-за неудовлетворительной работы грунтового основания или из-за недостаточной прочности тела фундаментов.

При неудовлетворительной работе грунтового основания в фундаменте образуются сквозные трещины, они обычно сильно раскрыты, редко расположены, пересекают фундамент по всей высоте и заходят в стены.

Эти трещины не всегда приводят к аварийному состоянию надземных конструкций. Трещины вызывают перераспределение усилий по длине фундаментов, что может привести к перегрузке отдельных участков фундаментов и их разрушению. Это обычно сопровождается и местными разрушениями тела фундамента у перемычек над проёмами. В местах перегрузки образуются слабо раскрытые часто расположенные вертикальные трещины и наблюдается вертикальное расслоение тела фундамента. Последнее определяется при простукивании вертикальных поверхностей фундаментов. В местах расслоения звук при простукивании глухой. Такое состояние участков фундаментов следует считать аварийным.

При недостаточной прочности тела фундаментов в них также появляются часто расположенные слабо раскрытые трещины, и наблюдается вертикальное расслоение. Это аварийное состояние.

Появление трещин в стенках фундаментов стаканного типа под отдельные колонны, отсутствие должного омоноличивания стыка колонны с фундаментом следует признать аварийным состоянием фундамента, так как в этом случае не обеспечивается предусмотренная проектом заделка колонны в фундаменте, что приводит к увеличению усилий в отдельных элементах каркаса. В практике обследования имеется случай, когда в полностью смонтированном двухэтажном каркасном здании заделка колонн в фундамент осуществлялась только с помощью временных деревянных клиньев без бетона омоноличивания.

При реконструкции здания, когда производят углубление подвалов, не всегда обращают внимание на конструкцию фундаментов. В домах постройки прошлых веков часто нижняя часть фундамента выполнялась из камней округлой формы в распор со стенками траншеи без применения связующего раствора. Углублять пол при этом ниже верха такой кладки недопустимо.

При реконструкции двухэтажного дома в Ленинградской области, имевшего подобный фундамент, вместо полупроходного подполья решили сделать эксплуатируемый подвал. При этом на большую высоту обнажили кладку из камней округлой формы. Камни начали выпадать из кладки фундамента. Стены, опирающиеся на этот фундамент, получили большие деформации, перекрытия просели, перегородки упали. Вовремя не были приняты меры для укрепления стен и фундаментов, участки стен начали обрушаться, и здание пришлось разобрать полностью. В данном случае первый же вывалившийся из фундамента камень был достаточно достоверным признаком аварийного состояния фундамента. От момента вывала первых камней до обрушения стен прошло несколько лет..

3. Определение причин протечек конструкции фундамента и затопления подвальных помещений

При строительстве в условиях плотной городской застройки особое внимание уделяется обустройству площадей под зданием, т.е. организации подземных парковок, технических цокольных этажей и т.д. При коттеджном строительстве подвал также имеет не маловажное значение,лькпуоско позволяет разместить там различное техническое оборудование, тренажёрный зал, мастерскую и другие вспомогательные помещения. В виду обширного перечня возможностей использования подвальных помещений и подземных сооружений появление там воды становится крайне нежелательным.

Основной причиной затопления подвальных помещений и подземных сооружений являются ошибки, допущенные при проектировании, неправильная оценка гидрогеологических условий, использование недолговечных гидроизоляционных материалов, не качественно выполненные работы по устройству гидроизоляции.

Рассмотрим основные, наиболее типичные причины нарушения гидроизоляции подвальных помещений и возникновения протечек.

На этапе выполнения проектных работ не правильно оценены гидрогеологические условия участка. В результате запроектирована система гидроизоляции, не соответствующая реальным условиям. Также нередкой является ситуация при которой заказчик, пытаясь сэкономить на строительстве, давит на проектировщиков и строителей настаивая на максимальном снижении затрат. В результате применяются наиболее дешевые и недолговечные гидроизоляционные материалы, которые быстро теряют свои эксплуатационные свойства.

При выполнении работ по устройству гидроизоляции допущен брак. Обнаружить дефекты, допущенные при устройстве гидроизоляции, удаётся только после выполнения обратной засыпки пазух, а иногда уже в процессе эксплуатации здания через продолжительное время после окончания строительства.

В случае появления протечек прежде всего необходимо определить причину их возникновения. Для этого необходимо произвести строительную экспертизу (обследование подземных строительных конструкций). В процессе обследования изучаются результаты проведённых гидрогеологических изысканий, проектной документации и другие данные. Определяется техническое состояние несущих элементов фундаментов и т.д. Если есть возможность, экспертизе подвергается само гидроизоляционное покрытие.

В случае, если отсутствует информация о гидрогеологических характеристиках основания, возможно проведение георадарного исследования грунтов, в процессе которого определяются физико-механические свойства, уровень грунтовых вод и т.д.

На основании проведённых исследований принимается решение о возможных дальнейших действиях по устранению возникших проблем.

Причиной обводнения является неправильная оценка гидрогеологических условий участка строительства (рис. 7).

Рис. 7. Обводнение участка застройки

Наиболее характерными ошибками при строительстве являются затопление котлованов грунтовыми и поверхностными водами (рис. 8), протечки грунтовых вод при неправильно выполненной гидроизоляции (рис. 9 — 11), ошибки при устройстве дренажных систем (рис. 12).

Рис. 8. Неправильный отвод грунтовых вод

Рис. 9. Разрушение стен подвала вследствие систематических протечек

Рис. 10. Протечки грунтовых вод

Рис. 11. Затопление подвала вследствие некачественно выполненной гидроизоляции

Рис. 12. Затопление подвала вследствие неправильного оборудования дренажной системы на этапе строительства

4. Определение качества выполнения строительномонтажных работ при возведение фундаментов

Фундамент является важнейшей частью любого здания или сооружения. Контроль качества на всех этапах проектирования и строительства приобретает особенно важное значение.

Фундамент воспринимает и передаёт на основание всю нагрузку от здания или сооружения, поэтому допущенные при проектировании и строительстве фундамента ошибки всегда являются критическими так как приводят к неоправданно большим материальным затратам, разрушению конструкций, а также порче имущества и гибели людей.

Наиболее распространённые ошибки, допускаемые при проектировании фундамента:

1. неверная оценка гидрогеологических условий участка строительства;
2. ошибки при определении несущей способности фундамента;
3. несоответствие типа фундамента гидрогеологическим условиям участка и конструктивным особенностям здания или сооружения;
4. неправильно определена глубина заложения фундамента.

Наиболее распространённые ошибки, допускаемые при строительстве фундамента:

1. строительство фундаментов ведётся не по проекту;
2. используются строительные материалы не соответствующего качества (прочность бетона, класс арматуры, качество ц.п. раствора, и т.д.);
3. в результате нарушения технологии производства строительных работ допущены дефекты (несоблюдение требуемого защитного слоя бетона, «раковины» на поверхности бетонной конструкции, отклонение линейных размеров, и т.д.);
4. глубина заложения фундамента не соответствует климатическому району строительства.

Для обеспечения надёжности и долговечности возведённого фундамента необходим квалифицированный подход на этапе выполнения проектных работ, строгое соблюдение требований проектной и нормативной документации при строительстве, контроль качества используемых строительных материалов.

Для определения качества выполненных строительно-монтажных работ при возведении фундамента анализируются данные результатов гидрогеологического исследований грунтов основания (если были выполнены исследования), проверяется правильность принятых проектных решений (в случае если разработан проект), тестируется качество использованных строительных материалов (определяется прочность бетона, свойства гидроизоляционных материалов и т.д.), осуществляется проверка соответствия выполненных работ требованиям проектной и нормативной документации.

Причиной образования раковин в монолитных железобетонных фундаментах являются некачественное уплотнение бетонной смеси (рис. 13), несоблюдение требований по устройству защитного слоя бетона и оголение арматуры (рис. 14).

Рис. 13. Глубокие раковины в конструкции железобетонного монолитного ленточного фундамента

Рис. 14. Пустоты в бетонной конструкции, оголение арматурного каркаса

5. Определение глубины заложения фундаментов

Глубина заложения фундамента прежде всего зависит от района строительства, типа грунта и конструктивных особенностей здания или сооружения.

Надёжность и долговечность эксплуатации любого здания или сооружения не в последнюю очередь зависит от правильности определения глубины заложения фундамента. Наиболее часто фундамент с недостаточной глубиной заложения возводят при строительстве коттеджей, дачных домов и других постройках вспомогательного назначения. Основная причина этому — попытка сэкономить на стоимости строительства за счёт уменьшения затрат при возведении фундамента. Однако необходимо помнить, что экономия за счёт снижения качества фундамента влечёт за собой значительно большие затраты на устранение дефектов, возникающих вследствие такой экономии.

Наиболее распространёнными дефектами из-за недостаточной глубины заложения фундамента (15) являются:

• выгиб, прогиб или просадка отдельных участков фундамента;
• недопустимый крен зданий и сооружений;
• образование трещин в стенах, узлах сопряжения и других конструктивных элементах;
• возникновение ползучести грунтов и конструкций.

Рис. 15. Дефекты из-за недостаточной глубины заложения фундамента

При определении необходимой глубины заложения фундамента производится изучение результатов гидрогеологического исследования грунта основания в соответствии с требованиями нормативной документации определяется глубина промерзания грунта, анализируется соответствие примененного типа фундамента с конструктивными особенностями здания или сооружения, определяются физикомеханические характеристики грунта и т.д.

6. Определение глубины погружённых забивных свай

При возникновении необходимости определения соответствия фактической глубины погружённых забивных свай с глубиной, указанной в проектной документации, для контроля глубины погружения забивных свай, а также для точного определения глубины погружения свай до отказа (меньше чем заложено в проекте) возможно проведение соответствующих исследований. Максимальная длина измеряемых свай — до 25 м, относительная погрешность измерения — 5%.

7. Определение глубины залитых буронабивных свай

При возникновении необходимости определения соответствия фактической глубины заложения буронабивных свай с глубиной указанной в проектной документации, а также для контроля глубины заложения буронабивных свай возможно проведение соответствующих исследований.

Максимальная длина измеряемых свай — до 25 м, относительная погрешность измерения — 5%.

8. Определение несущей способности фундамента

Определение фактической несущей способности фундамента требуется в следующих случаях:

• увеличение нагрузки на фундамент (при реконструкции, установке нового и дополнительного оборудования и т.д.);
• потеря прочности фундамента вследствие износа;
• нарушение технологии производства строительных работ при возведении фундамента;
• и т.д.

Для определения несущей способности производится обследование фундаментов. После обработки данных, полученных в результате обследования, определяются характеристики конструкций (прочность, степень износа, изоляционные свойства и т.д.). Производится сбор нагрузок и выполняется расчёт фундамента на несущую способность.

9. Определение прочности бетона фундаментов

Определение прочности бетона производится разрушающим и неразрушающим методом.

Для определения прочности разрушающим методом необходимо изготовление образцов кубов из каждой партии бетона или взятие образцов цилиндров (кернов) выбуренных из тела бетонной конструкции. В лабораторных условиях испытывают образцы согласно требованиям ГОСТ с определением физико-механических, прочностных и деформационных характеристик.

При определении прочности используют приборы механического действия (молотки Кашкарова, Физделя, Шмидта и др.; приборы отрыва, скалывания) (рис. 16). Для определения характеристик бетона существующих конструкций отбирают керны (рис. 17 — 18). В практике широко применяются ультразвуковые методы (рис. 19).

Рис. 17. Высверливание образцов кернов бетона для испытания на прочность в лаборатории

Рис. 19. Определение прочности бетона неразрушающим методом с использованием ультразвукового сканера

Рис. 18. Керны

10. Определение диаметра и шага раскладки арматуры в фундаменте неразрушающим методом

В случаях, когда необходимо определить диаметр и шаг раскладки арматуры в существующем фундаменте, чаще всего приходится вскрывать конструкцию, нарушая монолитность бетона. В результате возникают серьёзные механические повреждения, для устранения которых требуется проведение серьёзных ремонтных работ.

Однако, существует способ «увидеть» арматуру внутри железобетонной конструкции и определить толщину защитного слоя не вскрывая её.

Обследование производится с использованием комплекса специального оборудования.

Предварительные результаты обследования могут быть представлены в день выезда на объект.

В существующих конструкциях часто возникает необходимость определения диаметра и шага арматуры. Используют неразрушающие методы (рис. 20 — 21), а также разрушающие (рис. 22).

Рис. 20. Определение наличия и шага раскладки арматуры неразрушающим методом

Рис. 21. Определение диаметра арматуры в железобетонной конструкции

Рис. 22. Вскрытие конструкции с целью определения наличия, шага и диаметра арматуры

11. Георадарное обследование грунтов оснований

Георадарное обследование — это обследование методом неразрушающего контроля, заключающееся в анализе импульсов, отражённых от границ сред с разными электрофизическими характеристиками. Применение георадара при обследованиях позволяет получить объёмную картину высокой степени достоверности при анализе различных сред и на различную глубину.

При проведении обследования георадар (рис. 23) позволяет получить общую картину грунта земляного полотна исследуемого участка — состав и толщину слоёв, наличие мёрзлых или переувлажнённых участков, оползневых процессов и тектонических нарушений, полостей, участков разуплотнения, наличие подземных коммуникаций, границ грунтовых и техногенных вод и т.д.

Рис. 23. Георадар «ЛОЗА»

12. Определение степени уплотнения грунта основания (обратная засыпка, подсыпка из песка и щебня)

Плохо уплотнённый грунт, а также песчаная и щебёночная подсыпка являются наиболее распространённой причиной образования трещин и провалов в покрытии дорожного полотна, отмостки, тротуаров, а также железобетонных и бетонных плит, выполненных по грунту.

Для уменьшения вероятности образования дефектов необходимо тщательно контролировать степень и равномерность уплотнения грунта.

Оценка качества уплотнения производится с использованием специального прибора — плотномера (рис. 24, 25).

В зависимости от типа уплотняемого грунта конструкции покрытия, а также нагрузки, производятся настройки прибора.

Результаты измерений становятся известны сразу после выполнения замеров.

Рис. 24. Определение плотности основания из песка

Рис. 25

13. Определение дефектов, вызванных ошибками при реконструкции зданий и сооружений

При проектировании реконструкции здания или сооружения нередко принимают ошибочные решения из-за неправильной оценки несущей способности грунтов основания под эксплуатируемым зданием или сооружением, состояние конструкций фундаментов и надземных частей здания. Поэтому до проектирования реконструкции здания необходимо выполнить инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания в таком же объёме, как и при проектировании нового строительства. Кроме того, должно производиться обследование всех конструкций реконструируемого здания. Необходим прогноз поведения всех конструкций после возведения новых и в случае увеличения временных нагрузок.

Только выполнение всех этих работ, глубокий анализ полученных результатов позволит разработать решения, обеспечивающие надёжность здания после его реконструкции.

При проектировании и производстве работ по реконструкции здания должны разрабатываться и соблюдаться все необходимые меры по сохранению или минимальному нарушению состояния основания реконструируемого здания.

Если новый фундамент заглубляется ниже подошвы существующего, то необходимо устройство шпунтового ограждения. Открытый водоотлив из нового котлована, как правило, приводит к вымыванию частиц грунтадиз-по подошвы существующего фундамента и большим неравномерным осадкам последнего. В этом случае неминуемо появление трещин в конструкциях существующего здания.

Даже если вместо открытого водоотлива из котлована применяется водопонижение с помощью иглофильтров, из-за большой кривизны депрессивной кривой поверхности подземных вод следует ожидать неравномерные осадки фундаментов существующего здания (рис. 26).

Если при реконструкции здания в зимний период подвальные помещения оказываются с открытыми проёмами в наружных стенах, то может произойти промораживание грунтов ниже подошвы фундаментов. При наличии в основании пучинистых грунтов это вызовет деформацию фундаментов и надземных конструкций здания или сооружения.

Рис. 26. Схема деформации здания вследствие понижения уровня грунтовых вод: 1 — иглофильтры; 2 — уровень подземных вод до водопонижения; 3 — то же после водопонижения; 4 — котлован для нового здания; 5 — уровень подошвы фундамента существующего здания после осадки грунтового основания

При реконструкции часто устраивают новые входы в подвалы. При этом забывают, что подошва существующих фундаментов оказывается заглублённой на небольшую глубину относительно пола у нового входа, и грунты под подошвой старого фундамента могут быть проморожены в зимнее время. При наличии пучинистых грунтов это неминуемо приведёт к деформации фундамента и конструкций, опирающихся на него (рис. 27).

Рис. 27. Схема промерзания грунтов у входа в подвал: 1 — вход в подвал; 2 — подошва фундамента; 3 — граница промерзания грунтов

В зданиях старой постройки надо быть очень осторожным при решении вопроса о возможности углубления пола подвала.

Если нижняя часть фундамента выполнена из валунов в распор со стенами траншеи, то при обнажении этих участков в процессе углубления пола подвала происходит вывал валунов и разрушения фундаментов.

При углублении фундаментов меняется и расчётная схема работы фундаментов. В них увеличивается изгибающий момент от бокового давления грунта.

Если конструкция тела фундамента позволяет углублять пол подвала, то глубина подвала должна определяться расчётом, но в любом случае подошва фундамента не может приближаться к отметке пола подвала менее, чем на 0,5 м.

При строительстве дренажа недалеко от существующих зданий можно ожидать дополнительные неравномерные осадки их фундаментов в связи с уплотнением грунтов в основании при уменьшении их влажности. Очень опасно понижение уровня подземных вод рядом со старыми зданиями, стоящими на деревянных сваях или лежнях. Если уровень подземных вод опустится ниже головок свай или лежней, то они сгниют и здание получит большие неравномерные деформации.

Характерными ошибками при реконструкции являются:

• отсутствие данных инженерно-геологических изысканий как при строительстве, так и при реконструкции;
• недостаточно подробный анализ технического состояния фундаментов, несущих и ограждающих конструкций;
• отсутствие данных о прочностных и деформационных характеристиках материалов несущих и ограждающих конструкций;
• отсутствие данных об изменении расчётных схем несущих конструкций о нагрузках и воздействиях при последующей эксплуатации;
• отсутствие проектов по усилению несущих конструкций, повышению жёсткости здания;
• отсутствие контроля за качественным выполнением проектных решений.