15. Наблюдения за осадками и деформациями зданий и сооружений

15.1. Причины деформаций оснований сооружений

На стадии эксплуатации необходимы геодезические наблюдения за осадками и деформациями сооружения. Деформации происходят из-за перемещения частиц грунта в горизонтальной и вертикальной плоскостях и подразделяются на две группы.

Общие причины:

а) способность грунтов к упругим и пластическим деформациям под влиянием нагрузки (просадки, оползни, карсты и др.);

б) неоднородное геологическое строение основания, приводящее к неравномерному сжатию и перемещению грунтов под воздействием веса сооружения;

в) пучение при замерзании водонасыщенных и оттаивание мерзлых льдонасыщенных грунтов;

г) изменение гидротермических условий, связанных с сезонными и многолетними колебаниями температуры и уровня грунтовых вод.

Частные причины:

а) землетрясения;

б) неправильная планировка участка, плохой дренаж атмосферных и паводковых вод;

в) неточности инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий;

г) ослабление оснований подземными разработками (шахты, метро и др.);

д) возведение поблизости новых крупных сооружений;

е) неравномерное распределение давления сооружения по подошве фундамента (ступенчатые, надфундаментные конструкции);

ж) вибрация фундаментов, вызываемая работой всевозможных машин и механизмов или движением транспорта;

з) форма, размеры и конструктивная жесткость фундамента.

15.2. Классификация деформаций оснований и сооружений

По вышеизложенным причинам в результате смещения частиц грунта смещаются и части сооружений и их фундаментов. Общая конструкция претерпевает изменение формы, то есть деформации. Если принять начальное (проектное) положение плоскости фундамента за исходное, то в результате ранее указанных факторов эта плоскость будет представлять деформированную поверхность. Ее точки могут перемещаться вверх, вниз и в сторону. Эти перемещения называют соответственно осадкой, подъемом и сдвигом.

Осадки – характеризуются (математически) величиной перпендикуляров, опущенных с начальной горизонтальной плоскости фундамента до пересечения с деформируемой поверхностью. Если эти перпендикуляры равны, то осадки называются равномерными – они не снижают прочности и устойчивости сооружений, но могут быть опасными (накопление грунтовых вод в подвале, нарушение инженерных сетей и др.). Если перпендикуляры не равны, то осадки – неравномерные. Это наиболее опасные осадки. Они приводят к различным деформациям сооружений или его частей (поломка лифта, перенапряжения в несущих конструкциях, трещины и т.д.). Опасность тем больше, чем значительнее разность осадок и чем чувствительнее конструкция.

Подъем – математически характеризуется, как и осадка, но имеет противоположный знак.

Сдвиг – математически характеризуется радиусами-векторами перемещения точек фундамента (основания) в горизонтальной плоскости.

В результате осадки, подъема или сдвига могут наступить следующие деформации здания:

а) осадка или подъем всего здания (всех его частей) только в вертикальной плоскости на одинаковую величину (равномерные осадки);

б) перемещение всего здания в горизонтальной плоскости без поворота или с поворотом вокруг вертикальной оси;

в) перекос конструкций (для относительно жестких зданий), измеряемый максимальной разностью неравномерных осадок двух соседних опор, отнесенной к расстоянию между ними;

г) крен (для абсолютно жестких зданий и сооружений) – наклон или поворот основных плоскостей всего сооружения в результате неравномерных осадок без нарушения его цельности и геометрических форм, выражаемые в угловой, линейной или относительной мере (различают крен вертикальных сооружений и крен фундаментов);

д) относительный прогиб (или перегиб) – частное от деления величины стрелы прогиба на длину изогнувшейся части здания или сооружения;

е) кручение здания или сооружения – поворот его параллельных поперечных сечений вокруг продольной оси в разные стороны и на разные углы;

ж) трещины – разрывы в отдельных конструкциях сооружений, возникающие в результате неравномерных осадок и дополнительных напряжений.

Таким образом, осадка, подъем и сдвиг являются источниками всех деформаций. Зная их, можно определять и прогнозировать возможные деформации, а следовательно и предотвращать их. Поэтому важно знать методы этих видов перемещений точек сооружений.