Осадка фундаментов зданий — это вертикальное перемещение основания конструкции, вызванное воздействием нагрузок и изменениями в параметрах грунта. Этот процесс может быть как равномерным, так и неравномерным, что в конечном итоге влияет на устойчивость и эксплуатационные характеристики здания.
Определение осадки фундаментов важно для проектирования и строительства, поскольку позволяет заранее оценить возможные деформации и предотвратить негативные последствия, такие как трещины в стенах или деформации конструкции. Правильные расчеты и мониторинг осадок помогут обеспечить долговечность и безопасность здания.
Определение величин неравномерных осадок здания
Для определения величины неравномерной осадки здания необходимо знать: разность S осадок фундаментов для каркасных или прогиб (перегиб) несущих стен для бескаркасных зданий.
Все работы, связанные с определением неравномерной осадки здания, выполняются инженером-геодезистом с помощью геодезического нивелирования III класса точности.
Работы проводят в соответствии с «Инструкцией по нивелированию I, II, III и IV классов» с учетом следующих особенностей:
- нивелирование выполняется короткими лучами при расстояниях от нивелира до рейки 4—30 м. При приемке здания нивелирование ведется не по маркам, а по выбранной на здании горизонтальной линии — цоколю, карнизу или плоскости оконных переплетов;
- точки выбранного элемента нивелируют через 3—6 м, и отметки относительно наивысшей точки наносятся на схему. Первоначальная горизонтальность выбранной конструктивной части здания не оказывает влияния на результаты, так как многочисленные измерения показали, что величины начального наклона или неровности конструктивной части и опасные для здания перемещения имеют разный порядок;
Рис. 4.1. Схема определения прогиба фундамента: а — симметричного; б — несимметричного; 1 — линия нулевой отметки; 2 — линия прогиба фундамента
- места установки рейки отмечают краской на фасаде здания и наносят на схематический план здания. Одна из точек нивелирования должна быть привязана к существующему реперу для возможности проведения повторного нивелирования.
Абсолютный прогиб (рис. 4.1) определяется следующим образом: а) для симметричного прогиба
где S0, Sа Sb — отметки точек 0, А, В относительно наивысшей точки (нулевой);
б) для несимметричного прогиба
где — расстояния до точки максимального прогиба.
Относительный прогиб (перегиб) определяется по формуле
где L — длина изогнувшейся части стены.
Отрицательное значение соответствует перегибу стены. Оценка результатов измерений производится в соответствии с требованиями (прилож. 1, п. 8). Предельные величины деформаций основания приведены в табл. 4.3.
Таблица 4.3. Предельные деформации основания
Предельные деформации основания
Средняя su (в скобках максимальная) осадка, см
1. Производственные и гражданские одноэтажные и многоэтажные здания с полным каркасом:
2. Здания и сооружения, в конструкциях которых не возникают усилия от неравномерных осадок
3. Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из:
крупных блоков или кирпичной кладки без армирования
Полученные в результате обработки материалов нивелирования максимальный относительный прогиб или максимальная разность осадок (для каркасных зданий) сравниваются с приведенными выше предельно допустимыми деформациями. Вопрос о наличии и развитии неравномерных осадок должен решаться в каждом конкретном случае исходя из грунтовых условий, глубины заложения фундаментов и наличия внешних неблагоприятных воздействий.
В случае установления тенденции к неравномерным осадкам здания необходимо позаботиться о закреплении опорных точек для повторного нивелирования с помощью установки осадочных марок.
Для марок, установленных на концах осей сооружений, вычисляется относительный крен:
где SA и SB — осадки крайних марок по оси сооружений, мм; L — расстояние между марками, мм.
Рис. 4.2. Схема измерений крена зданий:
аа’— положение марки в первом и втором циклах измерения; В — условно неподвижная цель; а, о — отсчеты по линейке в первом и втором циклах измерений; а — а’ — q — величина крена в делениях линейки; Н — высота сооружения
Относительный крен вычисляют для продольной оси здания, а также для поперечных сечений у торцов и в средней части, причем обязательно указывают направление крена (север, восток, юг, запад).
Метод проецирования при измерении крена сооружения. Измерения выполняют следующим образом. Теодолит центрируют над опорным знаком и с помощью накладного уровня приводят ось вращения трубы в горизонтальное положение; вверху здания или сооружения выбирают точку (А) для наблюдения или устанавливают марку. В цокольной части намечают условно неподвижную точку (В), на которую наводят биссектор теодолита, и делают отсчет по линейке, верхнюю точку проектируют вниз и также отсчитывают по линейке.
Рис. 4.3. Схема установки осадочных марок: а, б, в — стеновые марки; г — цокольная марка
Разность отсчетов а — а в двух циклах, отнесенная к высоте сооружения, позволит определить величину крена (рис. 4.2).
На рис. 4.3 приведены некоторые конструкции осадочных марок, которые могут быть установлены в цокольной части стены. В соответствии с «Указаниями по наблюдению за осадками фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений» марки следует размещать по контуру здания через 10—12 м. Их необходимо устанавливать на углах здания, в местах примыкания продольных и поперечных стен, с обеих сторон осадочного шва.
При установке марок следует учесть результаты нивелирования, проведенного при приемке здания, заложив их в местах наибольшей ожидаемой осадки, прогиба, крена фундаментов.
Усадка, крен зданий и сооружений – причины и контроль деформаций
Наблюдение за осадкой здания – мера необходимая. Пренебрежение контролем и мониторингом во время и после строительства в целях экономии, можно привести к серьезным проблемам и плачевным последствиям: трещинам в стенах, наклонам, разрушениям, смещениям.
Геодезический контроль и мониторинг за деформациями позволяет предупредить и избежать аварийных ситуаций.
Мы подготовили краткий экспертный обзор, и ответим на самые важные вопросы: каковы причины осадок зданий, как проходят наблюдения за осадками, геодезический мониторинг, каковы нормы допустимых измерений по ГОСТам и как исправить усадку или крен здания и сооружения.
При проектировании оснований и фундаментов сооружений должны быть рассмотрены все проектные ситуации и их сценарии как для стадии строительства сооружения, так и для стадии его эксплуатации. (Пункт 5.1.2. СП 22.13330.2016)
Из-за чего начинается осадка зданий или сооружений, причины
Главные причины осадки зданий или сооружений кроются в грунте:
- Смещение грунта. Если на участке земли грунт неплотный, например, глина или песчаник, тогда со временем под воздействием нагрузки от здания, грунты могут сжиматься или смещаться, что приводит к оседанию.
- Уровень грунтовых вод. Любое изменения уровня грунтовых вод влияет на постройки, например, искусственно слили речное русло – в результате понижения уровня, здание может дать усадку или крен.
- Недостаточная подготовка грунта перед строительством. Например, неправильное уплотнение или дренирование еще на этапе работ с фундаментом.
- Сезонные изменения. В некоторых регионах сезонные колебания влажности могут влиять на грунт и приводить к небольшой осадке здания. Например, в периоды засухи грунт может усохнуть и сжаться, а во время сильных дождей он может набухнуть и расшириться.
- Подземные работы и строительство рядом. Выполнение подземных работ, таких как копание тоннелей или ям, или строительство зданий рядом могут вызвать оседание из-за изменения условий грунта, так как нагрузка на грунт меняется и распределяется неравномерно.
Цены наблюдений за осадками зданий и сооружений
Стоимость определения осадок и крена указана в таблице ниже ориентировочно. Для детального определения цены осадок необходимо изучить проектную документацию.
| Наблюдение за осадками и деформацией | Ед. изм. | Цена за ед. |
|---|---|---|
| Наблюдение за осадками и деформациями зданий из железобетонных и монолитных сооружений | 1 марка | 5 000 руб. |
| Закладка деформационных марок в бетонные и кирпичные поверхности | 1 штука | 8 500 руб. |
| Закладка деформационных марок на металлические и другие гладкие поверхности | 1 штука | 3 500 руб. |
| Определение осадок и крена дымовых труб, мачт, башен связи, антенн (одна конструкция, 4 пояса) | 1 цикл | 65 000 руб. |
| Измерения крена дымовых труб, мачт, башен связи, антенн свыше 4-х поясов (за каждый последующий) | 1 пояс | 8 000 руб. |
Наблюдения за осадками и деформациями зданий и сооружений
Для того, чтобы выявить признаки деформации, здание нужно контролировать и вести за ним наблюдение. То есть необходим постоянный мониторинг, который может проводиться либо при помощи инструментальных геодезических измерений, либо автоматизированных систем.
Геодезические измерения
Геодезические измерения и наблюдения за осадками здания – это всегда комплексный и цикличный подход. Первоочередная задача – создание ГРО. Для наблюдения за осадками сначала закладываются репера за пределами здания, а на этапе строительства фундамента монтируют марки. Эти геодезические знаки необходимы для того, чтобы при помощи инструментов – электронных тахеометров и нивелиров наблюдать за поведением здания или сооружения на этапах строительства.
Циклов инструментальных наблюдений несколько. Они начинаются с нулевого и в зависимости от сложности объекта измерения проводятся в определенных временных промежутках. Может понадобиться три-четыре или более циклов. На каждом последующем цикле геодезисты считывают данные и сравнивают их с показателями предыдущего цикла.
Так проверяется динамика деформаций. Электронные тахеометры позволяют уловить разницу высот и смещение горизонтальных углов, нивелиры ловят отклонения горизонтали. Цены на услуги мониторинга зависят не только от сложности и трудоемкости процесса, от вида строительного объекта, но и от того, при помощи каких измерительных систем и какими специалистами данные услуги оказываются.
Автоматические системы
Существуют и автоматические системы мониторинга и выявления начала развития деформаций. Они представляют собой датчики (инклинометры), которые устанавливают на несущих элементах и перекрытиях. Автоматическая система сложна и дорога в применении, поэтому используется гораздо реже геодезических измерений.
В общих чертах работу системы можно обрисовать так: датчики, оснащенные интерфейсами для передачи данных, считывают информацию и передают ее на основной сервер, который обрабатывает показатели и архивирует значения. В случае, если датчики зафиксируют смещение элементов конструкции и значения выйдут за допустимые пределы – автоматическая система отреагирует на это.
Какие бывают осадки зданий, виды крена сооружений
Когда здание/сооружение перемещается в пространстве или меняет форму относительно первоначального положения мы называем этот процесс деформацией. Усадка или осадка – это смещение вниз, крен – это отклонение от проектного положения в вертикальной плоскости, сдвиг – смещение всего сооружения в сторону.
Осадки: разновидности
Осадка здания – это постепенная деформация, которая происходит из-за нагрузки на грунт, который под весом уплотняется. Осадки сооружения могут быть равномерными и неравномерными. Неравномерные осадки влияют на устойчивость сооружения, они могут быть в виде прогиба или выгиба. Такие осадки характерны для протяженных зданий, не обладающих достаточной жесткостью.
Виды крена
Крен (наклон) — то есть поворот фундамента относительно горизонтальной оси. Крены характерны для узких и высоких зданий. Различают два основных вида крена:
- Перекос – когда вертикаль сохраняется
- Кручение – когда идет не только наклон по вертикали, но и сечение стержня вокруг оси здания.
Нормы допустимых изменений согласно СП и ГОСТ
Свод правил СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» (СНиП 2.02.01-83) содержит приложения (Г,К,Е), в которых указаны предельные величины деформаций фундаментов зданий. Значения установлены в таблицах и зависят от вида и назначения наблюдаемого здания (промышленное, гражданское, башня, дымовая труба и пр.), вида фундаментов и прочих важных характеристик. Так, например, многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из крупных панелей имеет предельную деформацию фундамента – 12 см.
Образцы документации по определению осадок
Любой шаг геодезиста фиксируется документально и в установленном порядке. Все исходные данные и расчеты должны быть обозначены и структурированы – так мы сверяем значения и показатели, делаем наблюдения и получаем возможность контролировать деформации. Примеры и образцы документации можно посмотреть в конце статьи.
Как лечить осадку дома и крен сооружений
Геодезисты направляют измерения проектировщикам, и в случае выявления осадки или крена здания проектировщики выбирают метод, при помощи которого нужно устранить и остановить деформацию. В проектном решении указывается, какие технологические циклы нужно использовать, чтобы ликвидировать последствия. Далее решение передается для выполнения строителям.
На практике, чаще используют методы опускания или подъема фундамента гидродомкратами, укрепляют грунт сваями, создают обвязочные пояса, отрывают приямки по периметру здания, укрепляют откосы, разрезают стены фундаментной части и пр.
Строительные восстанавливающие работы по ликвидации деформаций в виде крена или осадки здания Ведутся под постоянным геодезическим контролем.
Определим осадку и крен зданий, сооружений геодезическим методом, начиная с нулевого цикла
Осадка в строительстве
Оса́дка в строительстве, медленное понижение (оседание) грунтового основания в результате его уплотнения , вызванного передачей нагрузки от сооружения. Зависит от свойств грунта, действующих нагрузок, типа, размеров и конструкции фундаментов зданий и сооружений и др. Осадка обычно происходит неравномерно во времени; быстро протекающую значительную осадку, сопровождающуюся коренным изменением сложения грунта, называют просадкой .
Осадка проявляется в основном сразу же после начала строительства здания или сооружения и продолжается в течение периода строительства, когда нагрузка на основание постепенно повышается, а В течение некоторого времени по окончании строительства, после чего происходит её стабилизация. Различают осадку равномерную (части здания оседают с одинаковой скоростью и на одинаковом уровне) и неравномерную; неравномерная осадка часто становится причиной нарушения условий нормальной эксплуатации сооружений, иногда аварий. Неравномерная осадка должна быть меньше предельно допускаемой, которую устанавливают исходя из конструктивных особенностей возводимого сооружения и эксплуатационных условий. Определяющими факторами неравномерной осадки сооружений являются возможность локального увлажнения макропористых отложений лёссовых грунтов , наличие карстовых пустот, засолённость грунтов , динамическая и сейсмическая чувствительность водонасыщенных песчаных оснований и др.
Осадка сооружения с основанием из скального грунта незначительна (скальные грунты практически несжимаемы при тех величинах нагрузок, которые обычно имеют место в гражданских и промышленных зданиях и сооружениях). Осадка сооружения, основание которого представлено более слабыми и сжимаемыми (нескальными) грунтами, обусловливается проявлением развивающихся во времени объёмных деформаций грунта, которые обычно связаны с его дополнительным уплотнением под воздействием сжимающих напряжений (сверх природной плотности в основании сооружения или насыпи, полученной при её послойной отсыпке и уплотнении, обычно катками). Осадка (величина, характер, длительность развития) и степень её опасности для самого сооружения зависят от множества факторов; среди них: степень допустимого безопасного развития в грунтовом основании зон предельного состояния; объёмные сжимающие напряжения (в зависимости от массы сооружения и с учётом заглубления его фундамента) в активной зоне основания (определённая толщина грунта под основанием), превышающие ранее существовавшие до постройки сооружения сжимающие природные (т. н. бытовые) напряжения; способность грунтов в активной зоне (в соответствии со своими индивидуальными компрессионными и консолидационными свойствами) увеличивать свою плотность (сжиматься), определяемую на стадии проведения инженерно-геологических исследований; условия дренирования грунтовой толщи оснований сооружений, существенно влияющие на скорость уплотнения влажных глинистых грунтов и др.
Ускорение осадки и скорейшее её завершение обычно достигается при увеличении нагрузки на основание сооружения (в пределах допустимой её величины), а также при устройстве вертикальных дрен, прорезей, дренирующих прослоек и др., уменьшающих пути фильтрации отжимаемой воды из грунтов. Прогноз развития осадки и времени её завершения осуществляется, как правило, на базе фильтрационной теории консолидации (с учётом реологических свойств грунтов).
