CC BY
42
10. Voroncov A.V., Rumjanceva V.A. Modelirovanie kalibrovoch-noj harakteristiki akusticheskogo anemometra // Gornyj informacion-no-analiticheskij bjulleten'. 2013. № 10. S. 331-336.
11. Voroncov A.V. Optimizacija geometrii otkrytoj rabochej zony ajerometricheskih ustanovok zamknutogo tipa // Gornyj informa-cionno-analiticheskij bjulleten'. 2014. № 7. S. 196-202.
12. Modelirovanie ajerodinamicheskih perehodnyh processov v ajerometricheskoj ustanovke / S.Z. Shkundin, S.I. Bujanov, A.V. Voron-cov, V.A. Rumjanceva // Izmeritel'naja tehnika. 2014. №12. S. 25-29.
Voroncov Arkadiy Viktorovich, scientific associate, ecology @tsu.tula.ru, Moscow, Moscow Mining Institute, National Research Technological University of "MISIS"
УДК 624.131.524
АНАЛИЗ ОШИБОК, ВЛИЯЮЩИХ НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ СИСТЕМЫ «ОСНОВАНИЕ - ФУНДАМЕНТ»
П.Н. Должиков, В.В. Збицкая
Приведен анализ результатов обследования зданий, находящихся в предаварийном и аварийном техническом состоянии, а также анализ ошибок, вызвавших снижение несущей способности и надежности системы «Основание - фундамент». Выполнен анализ аварийных ситуаций по Луганскому региону.
Ключевые слова: здание, аварийное состояние, анализ, несущая способность, основание, фундамент.
Строительная отрасль, как и любая другая отрасль промышленности, характеризуется наличием аварийных ситуаций. К настоящему моменту проведенными ЛФ НИИСК и ДонГТУ исследованиями установлено, что наружные стены, их стыки и соединительные элементы, кровли, балконы и входные козырьки, окна, конструкции подвалов и другие элементы зданий имеют значительные повреждения. Статистика показывает, что 80 % случаев строительных аварий с обрушением несущих конструкций объекта происходит в результате человеческих ошибок, а одной из основных причин аварий является потеря несущей способности основания фундаментов
[1 - 4].
Вопрос несущей способности системы «Основание - фундамент» особенно актуален для шахтерских регионов (например, Луганского), так как здесь на ее снижение существенное влияние оказывают подработки и ликвидации шахт [5, 6].
Целью работы является анализ ошибок, влияющих на несущую способность системы «Основание-фундамент».
Методика проведения исследования заключается в обследовании зданий и статическом анализе их эксплуатационного состояния.
Проведенный за период с 2000 по 2014 годы статистический геотехнический анализ результатов обследования более 180 промышленных, жилых и общественных зданий, находящихся в предаварийном и аварийном техническом состоянии, показал:
1) главная причина аварийного состояния зданий связана со снижением несущей способности и надежности их системы «Основание - фундамент» под воздействием различных природно-климатический и техногенных факторов в процессе строительства и в период эксплуатации объектов (87 % обследованных зданий);
2) Снижение несущей способности системы «основание-фундамент» является следствием ошибок, допущенных:
- при инженерно-геологическом обосновании площадок проектируемого строительства объектов;
- при проектировании системы «Основание-фундамент»;
- при производстве работ нулевого цикла, связанных, прежде всего, с качеством выполнения водоотводных мероприятий, подготовкой естественных и устройством искусственных оснований, возведением фундаментов;
- при эксплуатации объектов, связанных с водопонижением, подтоплением оснований фундаментов утечками и аварийными сбросами из водопроводных коммуникаций, уплотнительной застройкой территорий, освоением подземного пространства, и др.
Принимая ошибки, вызвавшие снижение несущей способности и надежности системы «Основание-фундамент» обследованных объектов за 100 %, покажем распределение этих ошибок по годам (рис. 1).
Рис. 1. Диаграмма распределения ошибок, допущенных при: 1 - инженерно-геологическом обосновании площадок строительства; 2 - проектировании оснований и фундаментов; 3 - устройстве оснований и фундаментов; 4 - эксплуатации системы «Основание - фундамент»
Из приведенной диаграммы (рис. 1) видно, что по состоянию на декабрь 2014 г. относительно 2000 г. соотношение долей допускаемых ошибок существенно изменилось:
- на стадии инженерно-геологического обоснования площадок строительства ошибки возросли на 25 %;
- на стадии проектирования оснований и фундаментов существенных изменений не произошло;
- на стадии устройства оснований и фундаментов ошибки снизились на 40 %;
- на стадии эксплуатации системы «Основание-фундамент» ошибки увеличились на 37 %.
Характерной особенностью системы «Основание - фундамент» обследованных аварийных объектов является то, что за весь период их эксплуатации к системам практически не применялись какие-либо мероприятия, защищающие или предохраняющие их от снижения несущей способности и надежности. В результате невыполнения таких мероприятий под воздействием на системы различных природно-климатических и техногенных факторов в грунтах оснований фундаментов (наиболее слабой составляющей систем) развивались неравномерные осадочно-деформационные процессы, а сами здания и сооружения постепенно переходили в предава-рийное и аварийное техническое состояние. Восстановление надежности систем таких зданий и сооружений потребовало значительных материальных, энергетических и финансовых затрат.
Переход объектов в предаварийное и аварийное состояние по причинам развития неравномерных осадочно-деформационных процессов в системе «Основание - фундамент» (рис. 2) убедительно подтверждается техническим состоянием малоэтажных (до пяти этажей включительно) жилых домов.
Рис. 2. Диаграмма перехода системы «Основание - фундамент» малоэтажных домов в предаварийное и аварийное техническое
состояние
Эксплуатационные ошибки, влияющие на несущую способность систем «основание-фундамент» и, следовательно, на техническое состояние зданий и сооружений, главным образом связаны с изменениями состояния и характеристик грунтов в результате уменьшения или увеличения их естественной влажности:
- нарушением на застраиваемой территории составляющих водного баланса;
- длительными во времени утечками и аварийными сбросами из подземных коммуникаций тепло-, водоснабжения и канализации, а также технологических трубопроводов, по причине их значительного физического износа (например, на отдельных территориях физический износ теплотрасс доходит до 70 %);
- временными и постоянно действующими системами глубинного понижения уровня грунтовых вод на территориях промышленных предприятий.
В Луганском регионе, кроме перечисленных выше, распространённой причиной переувлажнения породного массива является затопление выработанного пространства ликвидированных шахт.
Наибольшее влияние подтопление оказывает на основания фундаментов, сложенные просадочными, набухающими, пучинистыми и засоленными грунтами, а также на опасные склоны на оползне, закарстованные участки и подрабатываемые территории. Увеличение естественной влажности грунтов при подтоплении территории приводит:
- к изменению состояния и физико-механических характеристик грунтов;
- к повышению сжимаемости и уменьшению сопротивления грунтов (рис. 3);
- к снижению устойчивости грунтов при воздействии отрицательных температур и вибродинамических нагрузок;
- к проявлению у грунтов тиксотропных свойств и плывунности;
- к развитию оползневых и суффозионно-карстовых процессов.
Прямыми последствиями снижения несущей способности оснований являются неравномерные осадки и деформации системы «Основание -фундамент»:
- образование и локальная концентрация дополнительных (неучтенных в проекте) напряжений в несущих конструкциях и узлах их сопряжения;
- развитие в несущих конструкциях и их узлах сопряжения осадочно-деформационных трещин;
- отклонение зданий от вертикали или крен, т. е. потеря его пространственной устойчивости;
- постепенный переход эксплуатируемых зданий в аварийное состояние.
а)
р: 60 -|
£ 50 -
=
5 Е ^40 -
С и §30-
л 20 -
10 -
2 0 -
-Крупный Средний •Мыший -Пылеватый
0 0.5
Весовая влажность ЧУ, д.е.
РТ и и
й
о Ё
50 40 30 3 20 -10 -
Глина
Суглинок
Супесь
0 0.5
Весовая влажность д.е.
И
и 6: 3:
600 500 400
ш мЗОО £ ТЗ ё 200 с. 1= о
° о
100
Крупный Средний Мелкий Пылеватый
0 0.5
Весовая влажность ТО, д.е.
700
РГ 600
и 6: 500
К и =; й400
Р= ^300
е-
о Е. 200
1=
^ О 100
Глина
Суглинок
Супесь
0 0.5
Весовая влажность ''Л', д.
Рис. 3. Общий вид зависимостей Е = /(п) и Я = /(п): а - для песков; б - для аллювиальных глинистых (не просадочных) грунтов
т, %
75
50 40
25
II ■ 1 1 1 1_____!__ -1 -1- ■ 1
1 * \ \ : I ■
V к 11111111 и 1 1 III*1
0
8 10 12 14 Ь, м
Рис. 4. График изменения пустотности грунтов по глубине скважин под зданием Луганской городской больницы № 7
В последние годы в Луганском регионе произошли значительные изменения водного режима вследствие действия многолетних циклических природно-климатических факторов и в результате влияния неблагоприятных техногенных условий. Прежде всего, эти изменения коснулись гидро-
динамического, физико-химического, биохимического и теплового режимов поверхностных и подземных вод.
Изменение режима грунтовых вод в ряде случаев стимулировало развитие опасных гидрогеологических процессов (подтопление городских и сельских территорий, промышленных площадок и сельскохозяйственных земель, загрязнение грунтовых вод и засоление плодородных почв) и инженерно-геологических процессов (просадки поверхности земли в результате фильтрационной консолидации грунта; оползневые процессы, провоцируемые избыточным увлажнением и подтоплением склоновых участков). Развитие перечисленных явлений в густонаселенных районах с высокой концентрацией промышленных и энергетических объектов может привести к катастрофическим последствиям в виде ухудшения качественных показателей искусственных объектов (в том числе, возникновения аварийного состояния зданий) и природных комплексов, влияющих на социально-бытовые условия проживания людей и представляющих угрозу для их здоровья и жизни.
Рассмотрим влияние ликвидации шахт на техническое состояние объектов поверхности в Стахановском регионе. Ярким примером ухудшения технического состояния являются жилые здания, расположенные над старыми горными выработками шахт им. И.В. Чеснокова и «Брянковская». Для этих зданий характерны поврежденные фасады жилых зданий, деформированные оконные перемычки, разрушения каменных кладок стен и сеть многочисленных трещин [9].
На примере аварийного дома № 9 по ул. Шевченко г. Луганска можем увидеть результат замачивания грунтов основания. Участок, на котором расположен дом, находится в центральной части города. Территория в ходе строительства спланирована насыпными грунтами мощностью до 3 м. Геологический разрез вскрываемой толщи представлен обводненными суглинками, песками, дресвяными грунтами. В результате замачивания основания фундаментов сооружение претерпевало деформации, которые привели его в аварийное состояние [10].
Учитывая приведенный анализ, был с разработан нормативный документ «Рекомендации по ликвидации аварий жилых зданий и объектов социального назначения» [11].
Таким образом, анализ ошибок, влияющих на несущую способность системы «Основание - фундамент» показал, что основными являются ошибки на стадиях инженерно-геологического обоснования площадок строительства и эксплуатации системы «Основание - фундамент». Эксплуатационные ошибки, главным образом, связаны с изменениями состояния и характеристик грунтов, что можно увидеть на примерах объектов Луганского региона.
Список литературы
1. Диагностика технического состояния жилых зданий: монография / Н.П. Куркин, М.С. Розенфельд, А.Г. Неверов, М.Н. Волошко; под ред. Н.П. Куркина. Луганск: Янтарь, 2012. 368 с.
2. О правилах по регулированию риска аварии зданий и сооружений на стадиях возведения и эксплуатации / А.П. Мельчаков, Г.А Беззубкова, В.Г. Косогоров, Д.В. Чебоксаров. // Вестник ЮУрГУ. 2008. № 25. С. 4-8.
3. Мельчаков А.П., Чебоксаров Д.В. Прогноз, оценка и регулирование риска аварии зданий и сооружений: теория, методология и инженерные приложения: монография. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2009. 114 с.
4. Байбурин А.Х. Оценка вероятности аварии с учетом ошибок участников строительства // Вестник ЮУрГУ. 2015. Т. 15. № 1. С. 10-13.
5. Должиков П.Н., Ивлиева Е.О. Влияние обводненности и трещи-новатости на деформационные свойства оснований фундаментов // Сб. науч. трудов ДонГТУ. 2013. № 40. С. 168-172.
6. Техногенные последствия закрытия угольных шахт Украины / под ред. Ю.Н. Гавриленко, В.Н. Ермаков. Донецк, 2004. 631 с.
7. Должиков П.Н., Абед С.Ф., Кипко Э.Я. Исследование инженерно-геологических свойств обводненных разуплотненных грунтов // Сб. науч. трудов ДонГТУ. 2012. № 36. С. 332-337.
8. Усиление оснований фундаментов Луганской городской больницы №7 после взрыва / Н.П. Куркин, А.Г. Неверов, С.В. Щукин, П.Н. Должиков // Сб. науч. тр. ДонГТУ. 2012. № 38. С. 232-239.
9. Ивлиева Е.О. Исследования деформирования объектов на подработанных подтопленных территориях Стахановского региона // Сб. науч. трудов ДонГТУ. 2012. № 38. С. 240-249.
10. Должиков П.Н., Збицкая В.В., Кирияк К.К. Реконструкция фундамента жилого дома способом устройства буроинъекционных свай // Проблемы горного дела и экологии горного производства: материалы IX Междунар. науч.-практ. конф., г. Антрацит, 24-25 апр. 2014. Донецк: Донбасс, 2014. С. 67 - 71.
11. Рекомендации по ликвидации аварий жилых зданий и объектов социального назначения / Н. П. Куркин [и др.]. Донецк, 2014. 52 с.
Должиков Петр Николаевич, д-р техн. наук, проф., ecology alsu.tula.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный строительный университет,
Збицкая Валентина Викторовна, асп., ecology alsu.tula.ru, Украина, Алчевск, Донбасский государственный технический университет
ANALYSIS OF ERRORS AFFECTING THE BEARING CAPACITY OF THE SYSTEM
«BASIS- FOUNDATION»
P.N. Dolzhikov, V.V. Zbitskaya
This paper presents the analysis of the survey results for the buildings, located in the pre-emergency and emergency condition, and also the analysis of errors that caused the decline of the bearing capacity and reliability of the systems «basis-foundation». The analysis of emergency situations in Lugansk region.
Key words: building, emergency condition, analysis, bearing capacity, basis, foundation.
Reference
1. Diagnostika tehnicheskogo sostojanija zhilyh zdanij : monogra-fija / N.P. Kurkin, M.S. Rozenfel'd, A.G. Neverov, M.N. Voloshko; pod red. N.P. Kurkina. Lugansk: Jantar', 2012. 368 s.
2. O pravilah po regulirovaniju riska avarii zdanij i sooru-zhenij na stadijah vozvede-nija i jekspluatacii / A.P. Mel'chakov, G.A Bezzubkova, V.G. Kosogorov, D.V. Cheboksarov. // Vestnik JuUrGU. 2008. № 25. S. 4-8.
3. Mel'chakov A.P., Cheboksarov D.V. Prognoz, ocenka i regulirovanie riska avarii zdanij i sooruzhenij: teorija, metodologija i inzhenernye prilozhenija: monografija. Chelja-binsk: Izd-vo JuUrGU, 2009. 114 s.
4. Bajburin A.H. Ocenka verojatnosti avarii s uchetom oshibok uchastnikov stroi-tel'stva // Vestnik JuUrGU. 2015. T. 15. № 1. S. 10-13.
5. Dolzhikov P.N., Ivlieva E.O. Vlijanie obvodnennosti i tre-shhinovatosti na defor-macionnye svojstva osnovanij fundamentov // Sb. nauch. trudov DonGTU. 2013. № 40. S. 168-172.
6. Tehnogennye posledstvija zakrytija ugol'nyh shaht Ukrainy / pod red. Ju.N. Gavri-lenko, V.N. Ermakov. Doneck, 2004. 631 s.
7. Dolzhikov P.N., Abed S.F., Kipko Je.Ja. Issledovanie inzhe-nerno-geologicheskih svojstv obvodnennyh razuplotnennyh gruntov // Sb. nauch. trudov DonGTU. 2012. № 36. S. 332-337.
8. Usilenie osnovanij fundamentov Luganskoj gorodskoj bol'-nicy №7 posle vzryva / N.P. Kurkin, A.G. Neverov, S.V. Shhukin, P.N. Dolzhikov // Sb. nauch. tr. DonGTU. 2012. № 38. S. 232-239.
9. Ivlieva E.O. Issledovanija deformirovanija ob#ektov na pod-rabotannyh podtop-lennyh territorijah Stahanovskogo regiona // Sb. nauch. trudov DonGTU. 2012. № 38. S. 240249.
10. Dolzhikov P.N., Zbickaja V.V., Kirijak K.K. Rekonstrukcija fundamenta zhilogo doma sposobom ustrojstva buroin#ekcionnyh svaj // Problemy gornogo dela i jekologii gor-nogo proizvodstva: materialy IX Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., g. Antracit, 24-25 apr. 2014. Do-neck : Donbass, 2014. S. 67-71.
11. Rekomendacii po likvidacii avarij zhilyh zdanij i ob#ek-tov social'nogo nazna-chenija / N. P. Kurkin [i dr.]. Doneck, 2014. 52 s.
Dolzhikov Peter Nikolaevich, doctor of technical science, professor, ecology @tsu.tula.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State University of Civil Engineering,
Zbitskaya Valentina Viktorovna, postgraduate student, ecology a isu.tula.ru, Ukraine, Donbass State Technical University.
