Причинами возникновения недостатков и ошибок в устройстве оснований и фундаментов являются неудовлетворительные инженерно-геологические изыскания; ошибки проектирования; ошибки производства работ и плохая эксплуатация зданий и сооружений.

Сооружение и грунт представляют единую систему, составляющие элементы которой находятся в тесной взаимозависимости. Органическую связь единой системы сооружение — основание, как правило, осуществляет фундамент сооружения. Таким образом, долговечность, устойчивость и прочность сооружения в первую очередь зависят от незыблемости основания и высокого качества устройства фундамента. Факты из строительной практики показывают, что нельзя добиться высокого качества работ, не зная конкретных строительных свойств грунтов на площадке, отведенной под сооружаемый объект.

Ошибки изысканий. Классическим примером влияния ошибок в использовании грунтов вследствие неправильных инженерно-геологических изысканий является авария Трансконского элеватора (Канада).

На рис. 37 дано геологическое строение основания элеватора, которое было установлено исследованиями после аварии. При проведении предварительных изысканий ограничились лишь мелким бурением прочного слоя синей глины и не изучили подстилающий слабый слой текучего суглинка, насыщенного с восточной стороны валунными отложениями. Авария произошла при заполнении элеватора зерном и выразилась в его наклоне от вертикали на 26°50' с погружением западной стороны в грунт на 8,8м. Сооружение полностью потеряло эксплуатационную пригодность.

Рис. 37. Авария одного элеватора.

Рассмотрим несколько примеров из практики сельского строительства.

Для возведения колхозного аэродрома были проведены инженерно-геологические изыскания. Они состояли лишь в отрытии нескольких шурфов глубиной до 1,5м. Шурфами вскрыты песчаные грунты. Поэтому взлетную полосу положили на пески без устройства дренажа. В первую же зиму эксплуатации часть асфальтобетонной полосы получила серьезные деформации пучения. Весной пониженная область полосы была затоплена. Анализ причин выхода аэродрома из эксплуатационной пригодности показал, что под аварийной его частью залегают глинистые грунты, не вскрытые при изысканиях.

При строительстве трехэтажного здания административного корпуса в кирпичных стенах по лестничной клетке появились трещины. Дополнительные исследования грунтов оснований показали, что фундаменты торца здания посажены на насыпные грунты оврага, снизу по глубине засыпанного бытовыми отходами, а сверху - глинистыми насыпными грунтами. При вскрытии котлована строители не заметили разницы между материковыми и насыпными грунтами. Для обеспечения устойчивости здания фундаменты деформированной части заглублены до прочных материковых грунтов способом секционной подводки.

Основанием железобетонного навозосборника размером в плане 8X12м и глубиной 6м, по данным изысканий, служили песчаные маловлажные грунты. Запроектирован котлованный способ строительства сооружения. Однако при разработке котлована встретились слабые заторфованные грунты, ниже которых залегали сильнообводненные пески-плывуны.

Попытки выполнить фундаменты и железобетонную плиту с водопонижением легкими иглофильтровыми установками (ЛИУ) не увенчались успехом. Проектировщики в реальных грунтовых условиях радикально изменили конструкцию навозосборника, применив опускной колодец диаметром 9м, опускаемый через слабые грунты до прочных на глубину 8м.

Железобетонный отстойник производственных вод молочного комбината размером в плане 8X12м и глубиной 8м прорезал слабые грунты (плывуны) и опирался на донную морену. В процессе эксплуатации в стенах отстойника появились трещины с раскрытием до 3 мм, которые указывали на неравномерную сжимаемость основания. При дополнительных исследованиях грунтов обнаружена линза водонасыщенного рыхлого песка, залегающая в морене на небольшой глубине под углом отстойника. Следовательно, инженерно-геологические исследования грунтов для проектирования фундаментов проведены на недостаточную глубину.

Ошибки проектирования оснований и фундаментов

Самыми «дорогостоящими» ошибками проектировщиков являются ошибки, относящиеся к выбору варианта фундамента: мелкого заложения, свайного, глубокого, искусственного улучшения свойств грунтов и т. п. Виды грунтов, условия их залегания в основаниях, грунтовые воды и другие природные факторы являются определяющими при выборе вида фундаментов. Многие ошибки проектирования связаны с недостаточным знанием и использованием региональных свойств грунтов.

Есть примеры непонимания природы и строительных свойств донной морены, используемой в качестве основания сооружения. Моренные супеси и суглинки с включением гравия и гальки, широко распространенные на территории Белоруссии, формировались под большим давлением ледника и представляют по существу природный глинобетон с прочностью до 6—10кгс/см². При такой прочности грунтов и незначительной их деформируемости, как правило, бессмысленно применять сваи. Между тем имеет место неоправданное увлечение сваями в этих грунтовых условиях.

Тяжело строить в условиях обводненных мелких и пылеватых песков, распространенных преимущественно на юге и юго-западе Белоруссии. Опыт строительства убеждает, что в условиях плывунов экономические результаты работ строителей оказываются неудовлетворительными, а построенные сооружения иногда дают трещины, деформируются, теряют эксплуатационные качества.

Имеются случаи самопогружения опускных сооружений в плывунах ниже проектных отметок. Колодец канализационной насосной станции в Лиде самопогрузился на 1,5м ниже, чем по проекту. Канализационная насосная станция диаметром 9м и глубиной 10м здания Сельхозтехники в г. Свислочь Гродненской области погружалась в плывуны с выемкой грунта грейфером. При погружении наблюдались явления суффозионного выноса и выплывания песка из-под фундаментов соседних зданий.

В колхозе им. Суворова Дрогичинского района навозосборник диаметром 12м и глубиной около 6м строился опускным способом. Дойдя до проектной отметки, опускное сооружение под собственным весом продолжало погружение в плывунные пески. Самозаглубление было приостановлено подводным бетонированием днища.

Встречаются ошибки, связанные с проектированием фундаментов на слабых грунтах: заторфованных, илистых, плывунах и пр.

Ошибки производства работ при устройстве оснований и фундаментов

В работе строителей недопустимо незнание свойств грунта или пренебрежительное отношение к грунту при устройстве оснований. Имеются случаи резкой потери прочности основания за счет преждевременного рытья котлована и длительного выдерживания грунтов под действием дождевой воды, снега, низких температур и других отрицательных факторов, разрушающих естественную структуру грунта. При таком отношении к грунту неизбежны неравномерные осадки здания с образованием трещин в стенах, крены колонн, перекосы рам и другие деформации.

Трещинообразование в стенах и других конструкциях в принципе имеет две группы причин:

1). Недостаточная прочность материала конструкции;

2). Деформации оснований и фундаментов.

Трещины осадочного происхождения чаще всего развиваются при неравномерных осадках оснований под отдельными опорами, несущими столбами или участками ленточных фундаментов. При этом здание в целом испытывает прогиб с раскрытием трещин в фундаменте, цоколе и нижней части стены или перегиб, при котором раскрываются трещины в стенах верхних этажей.

Осадочные трещины легко отличить от конструктивных. Первые захватывают, как правило, все здание и идут по сечению, включающему оконные проемы (по народной примете: «где тонко — там и рвется»), часто обходя железобетонные перемычки.

Конструктивные трещины развиваются в наиболее нагруженной и ослабленной конструкции или ее части, например, в простенке. Раскрытие трещин в стенах зданий и конструкциях сооружений часто является следствием недостаточной глубины заложения фундаментов.

Следует обратить внимание сельских строителей на то, что деформации конструкций развиваются под влиянием пучения грунтов наиболее интенсивно в легких одноэтажных зданиях, так как последние плохо сопротивляются силам пучения при промерзании грунтов.

Глубина промерзания грунтов, как известно, зависит от их видов и влажности. Водонасыщенные пучинистые грунты всех видов промерзают, увеличиваются в объеме и выпучивают расположенные на них сооружения. Наиболее пучинисты пески пылеватые и мелкие, а также супеси и лёссовидные породы. По нормам проектирования нормативная глубина промерзания таких грунтов повышается. Для Белоруссии она составляет 0,6—1,1м, увеличиваясь с юго-запада на северо-восток. Расчетная глубина промерзания соответствует нормативной с учетом коэффициента влияния теплового режима здания, который изменяется в зависимости от конструкции полов от 0,4 до 1 по СНиП. Однако строители должны помнить, что фундамент, заложенный на расчетную глубину промерзания, не подвергнется действию сил пучения только в случае систематического отопления зданий или дополнительной теплоизоляции фундаментов в зимний период строительства.

На строительстве клуба сборные блочные фундаменты смонтировали на мерзлом грунте, а кирпичную кладку возводили в зимних условиях способом замораживания (зимой 1976 г.). Весной при оттаивании мерзлого глинистого грунта появились неравномерные осадки фундаментов, послужившие причиной частичного обрушения стен.

Часто морозное пучение оснований усугубляется плохим поверхностным водоотводом дождевых и талых весенних вод из открытых котлованов.

Большие деформации и переделки конструкций вызывает несвоевременное и некачественное выполнение обратных засыпок котлованов и пазух фундаментов.

В колхозе «Восток» Слонимского района навозосборник размером в плане 12X6м и глубиной 5 м выполнен из бетонных блоков. Обратная засыпка стенок грунтом выполнена без укладки панелей перекрытия. Во время дождя, утяжелившего рыхлую засыпку, стенки сооружения были сдвинуты внутрь.

Неправильные расположение и разбивка здания на местности иногда влекут к изменению грунтовых условий в основаниях и деформациям строящихся зданий. Здание детского сада (Витебская область) накренилось по продольной оси в сторону засыпанного болота с отклонением от вертикали примерно на 25 см. Причина крена — разные по сжимаемости грунты в основании: под одной половиной — суглинки, под другой — торф. Здание при разбивке было смещено в сторону засыпанного болота.

Ошибки эксплуатации оснований и фундаментов

Здания и сооружения за время своего существования подвергаются воздействию многообразных природных и искусственных факторов, снижающих их эксплуатационные качества. Основные природные факторы: поверхностные и грунтовые воды, в том числе агрессивные; температурные колебания, включающие воздействие мороза; атмосферные воздействия; процессы внутренней динамики земли — дислокации горных пород, землетрясения, вулканы и пр.; физико-геологические явления, в том числе изменение объемов грунтов оснований, перемещения грунтовых массивов в пространстве (обвалы, оползни, сплывы); растворение пород и образование карста. К искусственным факторам относятся чрезмерные перегрузки конструкций; воздействия технологических, поверхностных и грунтовых вод, в том числе агрессивных; температурные воздействия; развитие вредных инженерно-геологических явлений — суффозии в грунтах оснований, подтопление площадок водой, искусственные оползни и др.

В условиях Белоруссии на здания и сооружения вредно воздействуют преимущественно естественные факторы. Наиболее часто проявляется вредное воздействие поверхностных и грунтовых вод, из-за чего происходят подтопление грунтов оснований, осадки фундаментов, трещины в стенах. Взвешивающее и выталкивающее воздействие воды может привести к потере устойчивости и всплытию сооружений.

Имеются случаи выдавливания водой железобетонных днищ, заглубленных насосных станций.

Довольно часто искусственно создается суффозия — вынос мелких частиц грунта из-под фундаментов и подмыв грунтов в основаниях. В результате поверхностного водоотлива, сопровождающегося односторонним суффозионным разрыхлением песчаных грунтов, в стенах зданий появляются трещины и другие деформации.

Из краткого обзора ошибок изысканий, проектирования, производства работ и эксплуатации следует, что широкое распространение и изучение научно обоснованного передового опыта использования грунтов в сельском строительстве — актуальнейшая задача.