CC BY
28
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
УДК 332.812.123, 69.059.22
ЯШКОВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА, инженер, fir-tree@list. ru
ООО «Лаборатория строительной экспертизы Баренц-региона», 163002, г. Архангельск, ул. Романа Куликова, д. 21
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА И КОНФИГУРАЦИИ ЗДАНИЯ НА БИОПОРАЖЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
В г. Архангельске обследованы типовые деревянные здания разной конфигурации. Определены степень поражения деревянных свай дереворазрушающими грибами в зависимости от длительности и условий эксплуатации, технический износ фундаментов.
Ключевые слова: деревянные сваи, эксплуатация, биопоражение, открытые грунтовые воды.
YASHKOVA, ELENA ALEXANDROVNA, engineer, fir-tree@list. ru
Research Laboratory of Building Expertise of Barents Region,
21 Roman Kulikov st., Archangelsk, 163002, Russia
THE INFLUENCE OF SOIL MOISTURE AND HOUSE CONFIGURATION ON BIOLOGICAL DAMAGE OF WOODEN PILE FOUNDATIONS
Standard wooden houses with different configuration have been investigated in Archangelsk. The degree of technical deterioration and biological damage of wooden piles by destructive funguses has been determined depending on duration and service conditions.
Keywords: wooden piles, usage, biological damage, open groundwater.
Застройку г. Архангельска, как и большинства городов, расположенных около реки, начинали с береговой зоны, выбирая более высокие места с прочными грунтами. В условиях Архангельска прибрежная территория сложена достаточно прочными грунтами - верхним слоем песка и подстилающим слоем суглинка. При развитии города осваивались все более и более сложные в геологическом плане территории - заболоченные и болотистые, с наличием слабых
© Е.А. Яшкова, 2010
грунтов - торфов, илов, текучих суглинков. На этих площадях перед застройкой выполняли намыв либо отсыпку песком, а затем возводили здания [1].
Цель работы - исследовать влияние конфигурации здания и наличия воды под ним на интенсивность биологического повреждения деревянных свай.
При возведении деревянных зданий, а также каменных, построенных до 60-х годов прошлого века, в основном использовали деревянные сваи. Древесина конструкций достаточно хорошо сохраняется ниже устойчивого уровня грунтовых вод. При переменном уровне грунтовых вод в зоне контакта «земля - воздух» интенсивно развивается поражение элементов фундаментов дереворазрушающими грибами, что приводит их к деструкции и ускоренному отказу [2, 3, 4].
В период 2007-2009 гг. было проведено детальное обследование трех двухэтажных деревянных жилых домов (объекты № 1а, № 1б, № 1в), построенных по типовому проекту в 1954 г., 1959 г. и 1960 г. Фундаменты - деревянные свайные. Сваи выполнены из древесины хвойных пород. Отопление -печное, холодное водоснабжение. Под печами устроен бутобетонный ростверк, опирающийся на грунт через два ряда деревянных лежней.
Под объектом № 1а средний шаг свай составляет 2,0-2,5 м, средний диаметр свай - 225 мм. Грунтовые условия представлены торфом темнокоричневого цвета, полностью водонасыщенным. Под зданием на отдельных участках присутствует открытая поверхность воды вследствие протечек канализации.
Под объектом № 1б шаг свай колеблется от 1,5 до 3,0 м, их средний диаметр - 284 мм. На отдельных участках имеются местные протечки канализации. Грунтовые условия представлены торфом темно-коричневого цвета, торф влажный. Открытых грунтовых вод под зданием не зафиксировано.
Наличия антисептической обработки древесины свай и нижних окладных венцов этих двух зданий 1а и 1б не зафиксировано.
Под объектом № 1в шаг свай колеблется от 1,2 до 3,0 м, их средний диаметр - 250 мм. Вокруг здания за период эксплуатации сформировался культурный слой высотой около 200 мм. Под всем зданием зафиксировано наличие открытой поверхности воды. При обследовании зафиксирована частичная антисептическая обработка древесины свай. Древесина нижних окладных венцов здания защитными препаратами не обработана.
Результаты обследования трех однотипных зданий представлены на рис. 1-3.
В 2008-2009 гг. было произведено натурное обследование одноэтажного деревянного здания, построенного в 1991 г. (объект № 2). Здание имеет более сложную форму, чем три ранее рассмотренных. Средний диаметр свай -250 мм, шаг - 2 м, защитной обработки они не имеют.
Отопление здания - центральное от котельной, водопровод - от местной магистрали, канализация - септики. Под зданием на поверхности грунта зафиксировано наличие открытой воды глубиной более 200 мм. Произведена отсыпка грунта древесной корой, которая служит благоприятной питательной средой для развития и распространения дереворазрушающих грибов. Результаты обследования технического состояния свай представлены на рис. 4.
О Деструкция древесины сваи на глубину менее 20 мм С) Деструкция древесины сваи на глубину от 20 до 50 мм ® Деструкция древесины сваи на глубину более 50 мм ♦Аварийная (нерабочая) свая ■Фундамент под печи
Рис. 1. Объект № 1а. Схема расположения свай с указанием степени биопоражения
О Деструкция древесины сваи на глубину менее 20 мм С> Деструкция древесины сваи на глубину от 20 до 50 мм ■Фундамент под печи
Рис. 2. Объект № 1б. Схема расположения свай с указанием степени биопоражения
О Деструкция древесины сваи на глубину менее 20 мм С Деструкция древесины сваи на глубину от 20 до 50 мм ® Деструкция древесины сваи на глубину более 50 мм • Аварийная (нерабочая) свая ■ Фундамент под печи
Рис. 3. Объект № 1в. Схема расположения свай с указанием степени биологического повреждения
В 2008 г. было проведено обследование технического состояния свайных деревянных фундаментов двухэтажного жилого дома, построенного в 1960 г.; в 1992 г. выполнен капитальный ремонт здания (объект № 3). Здание имеет сложную конфигурацию в плане и состоит из трех прямоугольников, в сопряжениях которых образованы внутренние углы. Отопление - центральное, холодное водоснабжение. Канализация - централизованная.
Под объектом № 3 средний шаг свай составляет 1,6-2,3 м, средний диаметр свай - 250 мм. Грунтовые условия представлены торфом темнокоричневого цвета, полностью водонасыщенным. Под зданием на большей части подполья присутствует открытая поверхность воды.
Наличия антисептической обработки древесины свай и нижних окладных венцов не зафиксировано.
Результаты обследования технического состояния свай представлены на рис. 5. Результаты обследований свай на объектах представлены в таблице.
Диаграммы, характеризующие техническое состояние деревянных свайных фундаментов обследованных зданий, показаны на рис. 6.
На объекте № 1а за 56 лет эксплуатации в условиях частичного увлажнения грунтов основания признаны аварийными 12 % свай, на пределе эксплуатационной надежности работают 28 % свай. На объекте № 1б, под которым отсутствуют грунтовые и сточные воды, за 51 год эксплуатации не зафиксировано аварийных свай, а потерю рабочего сечения из-за биологической деструкции древесины более 50 % сечения имеют лишь 18 свай (19 %).
О Деструкция древесины сваи на глубину менее 20 мм ® Деструкция древесины сваи на глубину от 20 до 50 мм ® Деструкция древесины сваи на глубину более 50 мм •Аварийная (нерабочая) свая
Рис. 4. Объект № 2. Схема расположения свай с указанием степени биопоражения
(Ь©©&(Ь(Ь(Ь(Ь(Ь(!3>(а>
С Деструкция древесины сваи на глубину менее 20 мм С Деструкция древесины сваи на глубину от 20 до 50 мм ^ Деструкция древесины сваи на глубину более 50 мм • Аварийная (нерабочая) свая
Рис. 5. Объект № 3. Схема расположения свай с указанием степени биопоражения
Сводная таблица свай на обследованных объектах
Показатели Номер объекта
1а 1б 1в 2 3
Продолжительность эксплуатации, лет 56 51 50 20 181
Общее количество свай, шт. 104 94 100 287 126
Средний диаметр свай, мм 225 284 250 250 250
Коэффициент вариации, % 13,64 22,02 16,34 - 6,03
Эффективная площадь сечения свай после разрушения грибами на глубину: менее 20 мм, см2 362,9 589,3 452,2 452,2 452,2
количество свай, шт. 16 59 5 32 46
от 20 до 50 мм, см2 283,4 486,7 362,9 362,9 362,9
количество свай, шт. 47 35 50 78 29
более 50 мм, см2 176,6 342,9 240,4 240,4 240,4
количество свай, шт. 29 18 29 132 5
более 100 мм (аварийные), см2 0 0 0 0 0
количество свай, шт. 12 0 16 45 46
1 Продолжительность эксплуатации указана с момента капитального ремонта здания (была выполнена замена фундаментов).
Окончание таблицы
Показатели Номер объекта
1а 1б 1в 2 3
Суммарная площадь сечений свай: (первоначального), см2 41 330,25 51 806,22 49 062,50 140 809,38 32 524,51
после повреждения грибами (остаточного эффективного сечения), см2 24 247,08 62 048,66 27 375,89 74 506,31 61 818,75
Суммарная площадь утраченной части сечений вследствие гниения древесины, см2 17 083,17 10 242,44 21 686,61 66 303,06 29 294,24
Биологическая деструкция фундамента, % 41,33 16,51 44,20 47,09 47,39
70
60
50
1а 16 1в 2 3
Номер объекта
□ менее 20 мм Ш] от 20 до 50 мм Щ более 50 мм Щ аварийные сваи
Рис. 6. Диаграммы соотношения работоспособных и деструктированных свай обследованных зданий
На объекте № 1в за 50 лет эксплуатации в условиях полного увлажнения грунтов основания аварийными признаны 16 % свай, а 29 % свай работают на пределе эксплуатационной надежности.
На объекте № 2 за 20 лет эксплуатации в условиях переменного уровня воды под зданием аварийными признаны 16 % свай, а 46 % работают на пределе эксплуатационной надежности. Кроме воды, находящейся под зданием,
негативное влияние на состояние древесины свай оказывают большие поперечные размеры здания. Большие габариты здания затрудняют качественную вентиляцию подполья и удаление влаги. Кроме того, наличие аэродинамической застойной зоны в осях Вх4 и Вх10 ежегодно приводит к образованию снеговых «мешков» в указанных местах, долгому их таянию в весенний период и увлажнению деревянных конструкций. Следствием этого является биологическая деструкция деревянных свай, что усугубляется присутствующей под зданием гниющей корой, которую использовали в качестве подсыпки. В условиях переменного уровня воды под зданием аварийными признаны 16 % свай, а 46 % - работают на пределе эксплуатационной надежности.
На объекте № 3 за 18 лет эксплуатации в условиях переменного уровня воды под зданием аварийными признаны 37 % свай, а 4 % - работают на пределе эксплуатационной надежности. Здание имеет сложную конфигурацию в плане, поэтому в осях Бх4, Бх8, Гх4 и Гх8 образуются снеговые «мешки» как на кровле, так и в цокольной части, что приводит к значительному увлажнению деревянных конструкций и, как следствие, деструкции древесины.
Выводы
1. Наличие открытых грунтовых вод под зданием приводит к резкому увеличению интенсивности биологического повреждения древесины свай и ускорению их износа почти в 2 раза по сравнению с аналогичными зданиями.
2. Сложная конфигурация деревянного здания в плане способствует увеличению биологического повреждения деревянных фундаментов (47 % за 20 лет и 41 % за 18 лет эксплуатации соответственно) и сокращает срок их эксплуатации.
Библиографический список
1. Коваленко, Н.П. Предпостроечное уплотнение торфяной залежи / Н.П. Коваленко, А.Д. Худяков, В.С. Гореликов. - Архангельск : Сев.-зап. книжное изд-во, 1971. - 96 с.
2. Оценка состояния деревянных фундаментов домов города Архангельска / А.Н. Федотов, Ю.А. Варфоломеев [и др.] // Труды Международной научно-технической конференции «Реконструкция - Архангельск'99». - Архангельский ГТУ, 1999. - Том 1. -С. 243-248.
3. Яшкова, Е.А. Исследование биопоражения несущих конструкций двухэтажных домов из сосны / Е.А. Яшкова, А.Ю. Варфоломеев // Охрана окружающей среды и рациональное использованием природных ресурсов: сб. науч. тр. - Архангельск : АГТУ, 2008. -Вып. 73. - С. 269-273.
4. Дефекты деревянных фундаментов разной конструкции в эксплуатируемых зданиях / Е.А. Яшкова, А.Н. Беляев, А.Ю. Варфоломеев [и др.] // Наука - Северному региону: сб. науч. тр. - Архангельск : АГТУ, 2009. - Вып. 78. - С. 225-230.
5. Варфоломеев, А.Ю. Неразрушающий метод выявления скрытых участков гниения деревянных наружных стен зданий / А.Ю. Варфоломеев. - М. : Жилищное строительство, 2008. - № 6. - С. 6-8.
