Строительные решения / Ошибки при проектировании и устройства фундаментов причины и методы устраниения.  

Разрушение конструкций на станции метро «Первомайская». Только в процессе возведения этой станции были выявлены неблагоприятные инженерно геологические условия за счет агрессивности грунтовой среды от загрязнения отходами существовавшего здесь ранее кожевенного производства. Воздействие агрессивных веществ при вело к химическому разрушению конструкций, которые пришлось строить вновь и принимать не обходимые меры по изоляции от неблагоприятных факторов.

Авария на котловане станции метро «Площадь Якуба Коласа» произошла на участке между ЦУМом и универсамом «Столичный». В силу наличия валунных включений при погружении двутавры отклонялись от вертикали и из плоскости ограждающей стены. В стремлении ускорения темпов производства работ были грубо нарушены правила раскопки котлована, поэтому под напором водного потока разжиженный песок привел к обрушению между двутаврами дощатой забирки в зоне ее расширения книзу без должного закрепления. В результате трое рабочих оказались засыпанными грунтом, и только двоих из них удалось спасти.

Возникновение водного потока здесь связывали с прорывом из подземных коммуникаций. Однако затем эту версию опровергли уточненные сведения об особенностях инженерно-геологических и гидрогеологических условий при установлении причин возникновения деформаций в стенах пристроенного отсека с подвалом на второй очереди реконструкции ЦУМа и расположенных выше по рельефу зданий. Исходя из этого, был сделан вывод о наличии подземного водного потока с сезонными колебаниями его уровня за счет интенсивных атмосферных осадков.

Позже повышение уровня подземного водного потока привело к взвешиванию полов в подвале, а на его стенах и в надземной части возникли осадочные трещины, которые проявились по краям этого потока с его ориентацией в направлении от столовой «БЕЛВАР» к зоне возникшей аварии. Кроме этого, раскрылись трещины в стенах подвала основного корпуса со стороны возводимого отсека третьей очереди реконструкции. Положение усугублялось проходкой скважин для буронабивных свай в водонасыщенном песке с опережением забоя перед погружением обсадных труб, вокруг которых возникали суффозиворонки. По нашим рекомендациям была изменена технология проходки скважин и бетонирования стволов свай, а на стыке отсеков здания выполнены осадочные швы.

---

Авария на котловане КДВУ возле Фрунзенского райисполкома в г. Минске. Для ограждения этого котлована были применены траншейные стены, а в торцевой части со стороны Кальварийского кладбища использовано сочетание одной секции траншейной стены со свайно-балочным креплением между нею и боковыми стенами, устойчивость которых при вскрытии котлована обеспечивали расстрелы из стальных труб. Перед завершением раскопки котлована воз ник оползень в его торце с обрушением секции траншейной стены вместе со сваями-опорами из двутавровых балок и деревянной затяжкой (фото 1). Эти балки и трубчатые расстрелы были сильно повреждены, а находящиеся внизу вагонетки засыпаны грунтом. К счастью, обошлось без жертв.

На возникновение данной аварии повлияли следующие факторы:
* нарушение технологических регламентов приготовления глинистой суспензии с возникновением густого осадка на дне траншей и недостаточной глубины защемления стен ниже дна котлована;
* интенсивная откачка из котлована воды, скопившейся при продолжительных дождях над близко расположенным водоупором из глинистого грунта, создала большую разницу ее уровней вне и внутри котлована, а мощный фильтрационный поток привел к развитию оползня.

Этот случай является ярким свидетельством недооценки особенностей грунтовых напластований и воздействия фильтрационных сил на грунт и ограждения котлованов. Сказались также просчеты проектировщиков со строителями и несовершенство действовавших нормативных документов и содержавшихся в них методов расчета.

---

Авария на гаражах АО «Атлант» в г. Минске. Фильтрационные силы могут воздействовать на ограждения за счет поступления в грунт воды, включая поверхностные стоки при обильных атмосферных осадках. Об этом свидетельствует авария с обрушением пяти секций за анкеренной подпорной стены по пер. Ольшевского (фото 2) при строительстве многоэтажного корпуса гаражей ПО «Атлант».

Эту аварию обусловили многие факторы риска, главным образом нарушение технологической дисциплины:
* несоблюдение регламентов приготовления глинистой суспензии с возникновением осадка из глинистых фракций и песка на дне траншей не позволило забетонировать секции на всю проектную глубину и привело к недостаточному их защемлению ниже дна котлована;
* низкое качество бетонирования стен литыми бетонными смесями без их вибрационной подводной укладки в траншеи с зазорами в сопряжениях между секциями (фото 2, д);
* неверный способ проходки наклонных скважин в песке без крепления обсадными трубами и несоосное расположение анкерных тяг понизу наклонных скважин с обрушением песка при бурении шнеками не обеспечили должной связи цементного камня с тягами, которые смогли легко выдернуться при натяжении отдельных анкеров;
* неуправляемая инъекция раствора при устройстве анкеров;
* отсутствие подтверждения работоспособности анкеров без выполнения их пробных, контрольных и приемочных испытаний;
* поверхностные стоки и утечки воды из смежных подземных коммуникаций по тонким глинистым пропласткам при их наклоне к стене и вдоль нее по уклону рельефа (пренебрежение характером грунтовых напластований) создали фильтрационный напор на обрушившиеся секции стены с размывом полостей возле отдельных секций (фото 2, е);
* дополнительное боковое давление грунта на стену вследствие невыполненной согласно проекту планировки со срезкой поверхностного слоя (фото 2 а, г);
* принятое заказчиком и генеральным проектировщиком ошибочное решение об увеличении глубины котлована около подпорной стены снизило ее устойчивость, несмотря на заложенный в проекте запас несущей способности предварительно напряженных буроинъекционных анкеров;
* отсутствие монолитного же лезобетонного обвязочного пояса поверху секций траншейной стены не обеспечило их взаимодействие при возникновении локальной потери устойчивости отдельных секций;
* устроенные трубчатые под косы с упором в верхней части стен между ярусами анкеров (фото 2, а) не предотвращали их поворота при недостаточном защемлении внизу сек ций с погруженными в шлам незабетонированными арматурными каркасами.

Только благодаря умелым действиям прораба, обратившего внимание на высыпание песка между стержнями арматурных каркасов у раскопанных секций без защемления ниже дна котлована и своевременно удалившего рабочих и механизмы из опасной зоны, обошлось без человеческих жертв.

---

Авария на циркуляционной насосной станции Минской ТЭЦ-5 возле Руденска произошла, к счастью, также без человеческих жертв. Здесь возникло обрушение пяти и наклон восьми секций монолитных траншейных стен, которые имели с обеих сторон практически одинаковый уровень грунта (фото 3).

Основным фактором возникновения аварии послужил мощный напор воды, не принятый во внимание проектировщиками и строителями изза несовершенства существующих нормативных документов, в которых расчеты не учитывали воздействие фильтрационных сил на сооружение. Неудачной была замена буроинъекционных анкеров на плитные в отрытом снаружи котловане с водоотливом посредством двух ярусов иглофильтров вдоль боковых стен и одного в торце (фото 3, б), возле которого не выполнили откачку воды из трех глубоких скважин.

Неэффективная работа иглофильтров при их погружении в слои песка и глинистого грунта привела к перегоранию единственного насоса на одной ветви коллектора возле торцевой стены с последовавшим резким подъемом воды, взвешиванием и разжижением песка. Уклон водоупора по направлению от циркводоводов к торцевой стене создал на нее опасный градиент напора подземной воды. Положение усугубил и привел к аварии открытый водоотлив во внутреннем пространстве между стенами, который чрезмерно увеличил этот поток и давление на стены.

Помимо просчетов проектировщиков и строителей сказалась также неполнота информации об инженерно-геологическом строении грунтового массива. В зоне обрушившихся секций была невыявленная изысканиями промоина в морене, где еще при отрывке возникал шлам на дне траншей с уменьшением глубины защемления секций без возможности бетонирования на всю их глубину. Наклон восьми смежных секций примерно до 30° возник от мгновенного взвешивания и разжижения песка с последующим прекращением процесса благодаря оседанию песка и наличию достаточного защемления забетонированных полностью секций стены ниже поверхности грунта. Наклонившиеся секции торцевой стены потянули за собой смежные возле угла и вызвали их существенные деформации (фото 3, в, г). Эти секции плавно уложили за счет направленных взрывов зарядов ВВ в предварительно высверленные отверстия в бетоне. Затем их использовали в качестве горизонтальных армирующих элементов возле стен при засыпке грунта, в котором по нашим рекомендациям применили также слои из смеси песка с цементом до 10 %, что существенно снизило боковое давление грунта. В итоге всех предпринятых мероприятий объем станции был уменьшен.

---

Аварийное состояние в конструкциях театра Я. Купалы возникло в виде крена кассового вестибюля и осадочных трещин в более старом вестибюле при возведении на расстоянии одного метра от его угла свайной стены в составе ограждения котлована для станции метро «Купаловская» (фото 4). Основными факторами неоправданного риска явились динамические воздействия при проходке скважин ударно=канатным станком с опережающей выемкой грунта из забоя, а также суффозионное разупрочнение грунта под подошвами фундаментов за счет градиента напора верховодки в песке над моренным суглинком.

Просчеты проектировщиков выразились в использовании свайного варианта ограждения котлована вместо более безопасного траншейного. Строители не учли опасность суффозионного разупрочнения грунта в забое скважин и вокруг них за счет гидродинамического давления при разности напора воды снаружи и внутри скважин и виброуплотнения песков под подошвами фундаментов при динамических воздействиях.

Для спасения здания с возникшими дефектами по предложению нашей кафедры были подведены под существующие ленточные фундаменты прижимные ростверки с козловой системой из вертикальных и наклонных рядов буроинъекционных свай, а также устроены бандажи из напрягаемых тяжей для крепления вестибюлей к стенам здания театра. Избежать риска можно было при траншейных ограждающих стенах или бурении скважин под защитой тиксотропной глинистой суспензии.

---

Недостоверные данные об инженерно-геологических условиях и обнаружение под фундаментами насыпного грунта после дополнительных изысканий привели к изменению нулевого цикла при возведении зданий блока вспомогательных цехов железнодорожной станции «Минск-пассажирский». Здесь потребовалось упрочнить насыпную толщу посредством инъекции цементного раствора под подошвы ленточных фундаментов в ранее возведенной части здания и выполнить буронабивные сваи с инъекционными уширениями в строящемся отсеке.


Эта же причина привела к неравномерным осадкам фундамента и откалыванию угловой части административного дома УП «Зеленстрой» в г. Заславле (фото 5). Наличие толь ко одной разведочной скважины сзади дома не позволило обнаружить заполненную насыпным грунтом и сгнившими древесными отходами глубокую выработку под осевшим углом. Подведенная под него железобетонная балка с ее опиранием на бетонные блоки не дала желаемого эффекта, поэтому потребовалось сборные блоки цоколя заключить в жесткую обойму и закрепить слабый грунт в обнаруженной выработке закачкой цементного раствора.

---

Особенно часто недостоверные данные о грунтах и их свойствах в сочетании с другими факторами приводят к дефектам и авариям подпорных стен. Основной недочет изысканий заключается в том, что для насыпных грунтов традиционно прочностные и деформационные свойства не определяются, что не позволяет достоверно оценить боковые распоры грунта на стены и ограждения. Кроме того, ранее действовавшие нормы занижали распоры, принимая их минимальными в активном состоянии вместо увеличенных в покое, а фильтрационные силы с возможным пучением грунта при промерзании вообще игнорировались.


Характерны примеры дефектов и аварий подпорных стен:
* стены из бетонных блоков по ул. Бельского для ограждения площадки гаражного кооператива со стороны территории фирмы «Европоддон». Произошло отклонение от вертикали и смещение блоков по высоте и в плане при отсутствии связи в вертикальных и горизонтальных швах и дренажных отверстий в кладке, и при наличии в обратной засыпке за стенкой пучинистого глинистого грунта, засорений водоотводящего лотка, малого заглубления стены ниже поверхности;
* такая же стена по ул. Жудро разрушилась (фото 6) за счет аналогичных факторов, усугубившихся оврагообразованием от нарушения дерна на склоне вдоль протоптанной жильцами тропинки. Позже стена была восстановлена;
* сборная уголковая стена возле школы на Юго-Западе г. Минска с высокой откосной насыпью из пылеватого суглинка и многоэтажным жилым домом наверху получила обрушение или недопустимый наклон на отдельных участках и даже поломку вертикальных элементов за счет аналогичных факторов при низком качестве сборных конструкций и производства работ. Для исправления ситуации вертикальные панели заменили более прочными с устройством дренажных отверстий в них понизу и железобетонного водоотводящего лотка сверху при армировании обратной засыпки бракованными панелями;
* монолитная железобетонная уголковая стена по пр. Жукова получила чрезмерные деформации и разрушения отдельных участков за счет тех же факторов. Новое решение восстановления стены включало выполнение монолитного железобетонного покрытия на лицевой стороне и увеличение устойчивости напрягаемыми буроинъекционными анкерами.

---

Недостоверные данные об особенностях инженерно-геологических условий при проектировании нулевого цикла отрицательно сказались на многосекционном жилом доме в г. Гродно. Он имеет террасное расположение секций с различным заглублением сборных ленточных фундаментов на весьма крутом склоне и примыкает внизу к одноэтажному зданию магазина. У этого дома возникли осадочные трещины в несущих стенах и смещения плит перекрытий и покрытия, а также проявились деформации в стенах примыкающего к нему магазина.

При обследованиях и всестороннем анализе результатов неоднократных повторных изысканий выяснилось, что при проектировании фундаментов исходные данные не отражали особенности сложения и характер грунтовых напластований. В частности, вниз по рельефу под одной половиной дома в основании залегали пески, а под другой – лёссовидные супеси и суглинки с наклоном слоев примерно идентично рельефу местности. Это привело к неравномерным осадкам фундаментов, усугубляемым разной интенсивностью пучения пылеватых грунтов при переменных глубинах заложения подошв фундаментов. Для стабилизации осадок фундаментов выполнены усиления надземных конструкций и буроинъекционное упрочнение грунтов основания.

---

Недостоверные данные о грунтах и их свойствах при несовершенстве старых норм на проектирование, устройство и испытание свайных фундаментов приводят к возникновению так называемых «свайных лесов» из забивных свай (фото 7) с неоправданным перерасходом материальных и трудовых ресурсов. Отрицательно сказывается непонимание особенностей взаимодействия свай различных конструкций и технологий устройства с грунтами основания. Несмотря на содержание в материалах изысканий сведений о свойствах грунтовых напластований по глубине и в пятне застройки по результатам динамического и статического зондирования или испытаний инвентарными сваями, при проектировании эти данные зачастую не принимаются во внимание. Даже результаты пробных испытаний рабочих свай статическими нагрузками или динамическими с фиксацией отказов при погружении готовых свай редко используются для корректировки проектных решений исходя из оценки актической несущей способности. Причины искажения вели чин отказов тоже не всегда верно оцениваются. В то же время испытательные организации загружают сваи лишь нагрузками при соответствующих коэффициентах надежности, но не всегда доводят испытательные усилия до исчерпания несущей способ ности грунтов основания, а во многих случаях ограничивают их грузоподъемностью домкратов или мощностью используемого оборудования. В итоге не обеспечивается достоверный прогноз несущей способности свай по грунту, что приводит к не экономичным или ненадежным решениям нулевого цикла.

---

Прокладка трубопроводов в г. Слуцке привела к групповому несчастному случаю при испытании системы. Под напором водяной струи из дефектного узла сопряжения труб произошел размыв и обрушение насыпного грунта в незакрепленном крутом откосе, что привело к травмированию с различной степенью увечья троих рабочих. В данном случае ярко проявился низкий профессионализм производителя работ, допустившего грубый просчет из-за пренебрежения особенностями геологических условий и правилами техники безопасности.

---

При строительстве МРЦ «Айсберг» по ул. Сурганова в Минске отрывка котлована для фундаментов вблизи от существующего канализационного коллектора привела к его раз рушению и затоплению котлована. Причина была в ошибках при проектировании крепления и неверных приемах земляных работ.


На горнолыжном комплексе «Силичи» недооценка свойств грунтов с нарушением правил их укладки и уплотнения, а так же игнорирование наших рекомендаций по креплению крутых откосов в теле насыпи неизбежно способствовали развитию струйчатой эрозии за счет поверхностных стоков с возникновением больших промоин и оползневых очагов (фото 8 ). Производившееся заполнение промоин посредством засыпки грунтом сверху насыпи без уплотнения с последующим кре плением склона армирующими полимерными георешетками нельзя признать эффективным, поскольку оно не препятствует их сползанию по крутому склону.

---

Неполные данные о грунтах и их свойствах при строительстве в 2006 г. многоквартирного жилого дома с подземной гараж-стоянкой по ул. Тимирязева в г. Минске  с секциями в 7 и 14 этажей потребовали корректировки проекта нулевого цикла. Согласно исходным инженерно-геологическим изысканиям здесь по глубине залегают пески различной крупности и глинистые грунты прочные, средней и малой прочности. Исходным проектом предусматривалось устройство плитных фундаментов на естественном основании.


В процессе строительства положение здания в плане было изменено, а при дополнительных изысканиях в 2006 г. в активной зоне фундаментов выявлено наличие чередующихся по глубине прослоек рыхлых песков. Их свойства в пятне 14этажной секции были улучшены при по мощи высоконапорной инъекции цементного раствора на соответствующих глубинах (рис. 1). Под 7этажной секцией здания выполняли вертикальные конические армирующие элементы из уплотняемой сухой бе тонной смеси, которые создают распор на окружающий грунт с его опрессовкой и улучшением свойства за счет дренирования. Ниже подошв фундаментов виброкатком уплотнялся слой гравия 40–50 см.

В заключение стоит отметить, что из большого количества факторов риска в геотехнике, приводящих к нарушению нормальных условий взаимодействия оснований и фундаментов с возникновением дефектов в надземных конструкциях или к авариям зданий и сооружений, одним из главных является неполная картина или отсутствие достоверных исходных данных об инженерно-геологических условиях и свойствах грунтов основания. Однако стремление к сокращению объема изысканий для удешевления строительства приводит к неоправданно большим издержкам – не только финансовым и материальным, но даже к человеческим жертвам при авариях по причине неадекватных решений нулевого цикла с нарушением надежности и долговечности эксплуатации объектов. Вместо необоснованной экономии на изысканиях за счет сокращения их объема следует стремиться к совершенствованию методов исследований с большей достоверностью информации об особенностях инженерно-геологических и гидрогеологических условий и свойствах грунтов основания на застраиваемых площадках для принятия в проектах нулевого цикла надежных решений фундаментов.

Для совершенствования изысканий и получения достоверной исходной информации при проектировании и возведении нулевого цикла предлагается:
* оснастить изыскательские организации современными механизмами, оборудованием и приборами для полевых и лабораторных исследований (затраты на это окажутся значительно меньшими в сравнении со средствами, расходуемыми на ликвидацию отрицательных последствий аварийных и предаварийных ситуаций);
* активнее применять геофизические, особенно георадарные, методы исследований, позволяющие выявлять сплошное пространственное расположение слоев грунта с оценкой их свойств и степени обводнения при сокращении объема буровых и полевых опытных работ с обязательным отбором образцов грунта для определения их свойств;
* при прогнозе несущей способности свай руководствоваться результатами статического и динамического зондирования;
* создать (по аналогии с российскими специалистами) ассоциацию изыскательских организаций с их координацией головным в Беларуси предприятием – РУП «Геосервис»;
* организовать при головной изыскательской организации аналитическую группу для обобщения имеющейся информации и накопленных сведений о грунтах в разных регионах страны с выявлением корреляционных зависимостей между физическими, механическими и фильтрационными свойствами на базе использования богатых возможностей вычислительной техники;
* на базе БНТУ (при кафедре «Геотехника и экология в строительстве») вести подготовку и повышение квалифи кации специалистов для инженерных изысканий в строительстве, а также открыть при строительном факультете специализацию с выпуском инженеров-геотехников.

ИТОГО? Ничего нового. 3 причины возникновения аварийных ситуаций. 1. Недостаточность геологических изысканий. Как правило связано с тем, что Заказчик режет программу изысканий. Результат - проектные ошибки. 2. Ошибки проектировщиков связаны с их недостаточной квалификацией. Не был проведен учет изменения депрессионной кривой уровня грунтовых вод, связанных с откачкой воды в котловане. При этом возможно нарушение суффозионной прочности грунтов. Гидротехники на это еще смотрят. а ПГС про суффозию могли и не слышать. А вопросы динамического (связанного с изменением влажности грунтов основания и воздействия ударных нагрузок) изменения свойств грунтов проектировщики учитывают крайне редко  3. Вопросы качества производства работ - это вопрос производителей и технадзора. В итоге подрядчик оказывается в положении унтерофицерской вдовы, которая высекла сама себя. Восстановление - за счет подрядчика.
При СССР вопросы проектирования сложных фундаментов решали в НИИОСП, ГПИ Фундаментпроект, на кафедрах оснований и фундаментов разных ВУЗОВ. А сейчас любой пацан даже не прочитавший справочник-проектировщика по основаниям и фундаментам, но считающий в SCAD, Фундамент или ЛИРА считает. что программа все знает. НЕТ!!!!  ПРОГРАММА НЕ ЗНАЕТ ВСЕ!!!
Механике грунтов надо учиться, учиться и учиться...как завещал...

Весьма интересный и полезный материал.

механика грунтов штука такая...

 У меня возник вопрос: кто автор статьи?
 Общее впечатление по основному тексту- не однозначное. Окончательный же вывод (предложение) порождают массу вопросов. Оговорюсь сразу- кроме последнего предложения, с ним все понятно.
  Читаем первый пункт :оснастить изыскательские организации современными механизмами, оборудованием и приборами для полевых и лабораторных исследований (затраты на это окажутся значительно меньшими в сравнении со средствами, расходуемыми на ликвидацию отрицательных последствий аварийных и предаварийных ситуаций)
    Какие организации будем оснащать? Все действующие или только казенные? За чей счет?
 Второй: активнее применять геофизические, особенно георадарные, методы исследований, позволяющие выявлять сплошное пространственное расположение слоев грунта с оценкой их свойств и степени обводнения при сокращении объема буровых и полевых опытных работ с обязательным отбором образцов грунта для определения их свойств.
    Активнее- это как? Каким образом рекомендуется определять необходимый минимум изысканий при возрастающей "активности"? На какой нормативный источник ссылаться? Насколько будем сокращать объем работ по бурению скважин с реальным отбором проб? Или вообще их запретим- как неэффективные? Признаюсь: георадар "живьем" я не видел. Однако имел честь наблюдать данные геофизических исследований скважины и сравнивать с данными отбора проб. Мое скромное мнение- каротаж- это хорошо, но этого мало.
  Посыл о том, что необходимо "создать (по аналогии с российскими специалистами) ассоциацию изыскательских организаций с их координацией головным в Беларуси предприятием – РУП «Геосервис»"  и создании аналитической группы" позвольте оставить без комментариев...

Ценность данной статьи - реальные примеры просчетов специалистов, чтобы учиться не на своем опыте ошибок. По-поводу выводов по улучшению то согласен с AA4 предложенные варианты по моему мнению ничего не изменят.

 Многоуважаемый elektret, так кто же автор? Почему он обошел скромным молчанием проблемы при возведении воистину монументального сооружения в Уручье? Форум, поди, не имеет политической направленности, стесняться не надо.     А специалистов подготовим...
    А где, простите, реальные просчёты? Где сказано: вот, мол, негодяи-проектировщики посчитали так, разгильдяи-строители выполнили этак.
    Интересно, а кто в  это время вел себя как попупагай Высоцкого: "Жираф большой, ему видней!". Ну или как христоматийный страус?
    Язык инженера- чертеж и расчет, а беллетристику оставим ангажированным  особам.
    Видим же следующее: считали плохо, строили из рук вон скверно. Но некоторые (неназванные) товарищи рекомендовали. Постфактум. Так удобней. И, несомненно,  правильней.

а что там в уручье?

На сколько я знаю - автор Никитенко М.И. - заведующий кафедрой «Геотехника и экология в строительстве», по крайней мере, когда я еще учился на лекции он показывал этот материал и рассказывал про эти проблемы. Правда перечисленных предложений решения их я не помню.

💡Размещаем вакансии в Телеграм-канале!
При размещении вакансий на Proekt.by мы дублируем их в нашем Телеграм-канале с ~6400 подписчиками. Преимущество: мгновенный охват многотысячной аудитории - специалистов стройотрасли.