Порядок проведения общего обследования строительных конструкций зданий и сооружений

- проектные расчеты, планы, продольные и поперечные разрезы конструкций, рабочие чертежи элементов конструкций и узлов;

- конструктивную схему, обеспечивающую пространственную жесткость сооружения;

- физико-механические параметры строительных материалов;

- сроки выполнения отдельных видов строительных работ;

- условия эксплуатации (нагрузки на несущие элементы конструкций; максимальную и минимальную температуру воздуха снаружи и внутри здания; вредные выделения, связанные с технологическим процессом; характер вибрационных воздействий; осадки фундаментов и время стабилизации осадок);

- замечания контролирующих комиссий, сделанные при строительстве и приемке объекта в эксплуатацию, при ранее проводимых обследованиях, и принятые меры по устранению недостатков;

- данные о ремонтах и усилениях.

Основные параметры эксплуатационных воздействий устанавливаются по данным проектно-технической документации.

Общая площадь одной зоны обследования не должна превышать 1000 м². В пределах каждой зоны фиксируют участки с различным состоянием конструкций.

В случае, когда документация отсутствует, необходимо установить:

- год возведения объекта;

- нормы, по которым проектировался объект;

- характерные схемы конструкции и их особенности, свойственные определенным периодам развития строительной техники;

- организации, проектировавшие и строившие объект;

- данные об объекте в периодической технической печати тех лет, когда он проектировался или возводился, и сведения по аналогичным объектам и конструкциям, на которые есть техническая документация.

При отсутствии проектно-технической документации выполняются обмерочные чертежи здания, эскизы обследуемых строительных конструкций и узловых соединений с необходимыми размерами элементов.

В состав обмерочных чертежей входят:

- поэтажные планы здания или его отдельных участков, подлежащих обследованию;

- поперечные и продольные резервы;

- схемы расположения несущих строительных конструкций.

На данном этапе также выполняют следующие работы:

- анализируют планировочные решения в сочетании с конструктивной схемой;

- осматривают фасад конструкции крыши, несущие конструкции

лестницы, дверные и оконные блоки;

- составляют дефектные ведомости;

- намечают места выработок, вскрытий, зондирования конструкций в зависимости от целей обследования здания;

- изучают особенности близлежащих участков тер-риторий, вертикальной планировки, состояние благоустройства участка, организацию отвода поверхностных вод;

- устанавливают наличие вблизи здания засыпанных оврагов, термокарстовых провалов, зон оползней и других опасных геологических и гидрогеологических явлений;

- оценивают расположение здания в застройке с точки зрения подпора в дымовых, газовых, вентиляционных каналах (для жилых и административных зданий);

- фотографируют фасады, фиксируют деформации, повреждения.

При общем обследовании, как правило, проводят визуальный осмотр всех конструкций (сплошное обследование) с использованием в необходимых случаях простейших инструментов и приборов (отвесы, лупы, бинокли, стальные линейки и т. д.). Производят простейшие испытания и измерения для получения дополнительных данных о состоянии конструкций и их соответствии проекту: ориентировочную оценку прочности бетона и его плотности, измерение ширины раскрытия и глубины наиболее характерных трещин, выборочное измерение наибольших отклонений от проекта основных размеров - сечений элементов, площадок опирания конструкций, наклонов, определение глубины нейтрализации бетона, коррозии металла.

Визуальное обследование, как правило, выполняется сплошным. При этом фиксируются:

- все трещины в бетоне конструкций, в особенности трещины в зонах конструкций, в которых они не допускаются (наклонные трещины, пересекающие растянутую и сжатую зоны, трещины в зоне конструкции, работающей на сжатие, продольные трещины вдоль арматуры или в сжатой зоне);

- оголение арматуры;

- выколы бетона, каверны, раковины, повреждения защитного выявленные участки бетона с изменением его цвета;

- повреждения арматуры, закладных деталей, сварных швов (в том числе в результате коррозии);

- схемы опирания конструкций, несоответствие площадок опирания сборных конструкций проектным требованиям;

- прогибы, относительная величина которых превышает для напряженных стропильных ферм 1/800; преднапряженных стропильных балок и балок перекрытий - 1/400; плит перекрытий и покрытий - 1/200;

- наиболее поврежденные и аварийные участки и конструкции и т.д.

Детальный осмотр конструкции следует начинать с наиболее ответственных элементов. Цель осмотра– установление повреждений, а также выявление элементов конструкции, изготовление, монтаж, эксплуатация которых проведены с отклонениями от проекта. Несущие элементы с дефектами условно можно разделить на две группы: элементы, в которых имеют место отклонения, не вызывающие видимых разрушений; элементы с локальными разрушениями.

Выявляя в ходе осмотра дефекты первой группы, особое внимание следует обратить на опорные части и соединения. Необходимо проверить правильность опирания и крепления опорных площадок, качество сварки, ослабления болтовых со-единений. Проверяя состояние сварных швов, в первую очередь следует осмотреть швы в узлах, к которым примыкают стержни с большими растягивающими и сжимающими усилиями. При осмотре необходимо зафиксировать лишние монтажные швы, которые могут изменить расчетную схему конструкции. С особой тщательностью необходимо осмотреть сжатые элементы металлических конструкций. Погнутости сжатых стержней являются одним из наиболее часто встречающихся дефектов металлических ферм. Детальному осмотру подлежат также вертикальные и горизонтальные связи, узлы примыкания связей к фундаментам, обеспечивающие пространственную жесткость сооружения. Одним из грубейших и, к сожалению, часто встречающихся нарушений правил эксплуатации является удаление вертикальных крестовых связей при установке оборудования в промзданиях.

К дефектам второй группы, выявляемым при детальном осмотре, относятся ослабления элементов, вызванные местными разрушениями. Это могут быть срезы болтов, над-резы, сколы, обрывы отдельных элементов конструкций и т. д.

С методической точки зрения два вида ослаблений следует выделить в особую группу. Это коррозионные поражения и трещины. При осмотре устанавливается наличие трещин, проводится предварительный анализ причин их возникновения, определяются места с наибольшими поражениями коррозией.

При выявлении элементов конструкций, ослабленных коррозией, следует иметь в виду, что наибольшему поражению подвержены металлические и железобетонные конструкции в цехах и специальных помещениях, в которых по тех-нологическому режиму предполагается наличие агрессивных веществ. При этом самые существенные повреждения бетона и стали происходят из-за кислотной и сульфатной коррозии, при периодическом увлажнении и некачественной химзащите. Для обычных зданий и сооружений в наибольшей степени коррозии подвержены подземные части здания при воздействии агрессивных грунтовых вод и переменном температурно-влажностном режиме эксплуатации, а также несущие элементы покрытия при разрушении материалов кровли и утеплителей. При этом наибольшей коррозии следует ожидать на участках с максимальными напряжениями, в местах приложения сос-редоточенных нагрузок, на вводах вентиляционных систем и в зонах с плохой вентиляцией, на участках с интенсивным пыле-накоплением, а также в местах нарушения защитного слоя бетона и антикоррозионного покрытия. По данным осмотра оп-ределяются качественные показатели коррозии: область рас-пространения коррозии и ее характер. По характеру и области распространения коррозия подразделяется на сплошную и местную, равномерную, неравномерную и язвенную.

В несущих элементах строительных конструкций к наиболее типичным дефектам относятся трещины, которые являются следствием ошибок при проектировании, изготовлении и эксплуатации сооружений.

В металлических конструкциях появление трещин в большинстве случаев определяется явлениями усталостного характера. Усталостные трещины часто обнаруживаются при обследованиях сосудов давления, подкрановых балок, высотных сооружений. Появление и медленное развитие трещин под действием нагрузки наблюдается в условиях коррозии. Температурные напряжения вызывают микротрещины в сварных швах. Образование трещин при постоянных напряжениях возможно при наличии дефектов структуры в зонах концентрации напряжений. В металлическом элементе конструкции, при статическом нагружении, трещины появляются при низких температурах, или высокоскоростном нагружении. В этих случаях хрупкая трещина быстро развивается, и, обследуя такие конструкции, можно обнаружить уже не дефект-трещину, а полное разрушение элемента. Так как в строительстве используются конструкционные металлы, как правило, с хорошо выраженными пластическими свойствами, то при обследовании металлических конструкций трещины встречаются значительно реже, чем в железобетонных, кирпичных и каменных конструкциях. Во многих случаях для металлических конструкций, работающих на статическую нагрузку, обнаруженная трещина не несет в себе непосредственной опасности. Дальнейшее развитие трещины часто ограничивается перераспределением усилий и зоной остаточных сжимающих напряжений у ее вершины. Распространение такой трещины наблюдается только при больших перегрузках.

При обследовании железобетонных и кирпичных сооружений детальное исследование трещин в конструкциях является наиболее ответственным этапом. Сооружение без трещин встречается значительно реже, чем с трещинами.

Полная классификация трещин в железобетонных элементах представляется задачей чрезвычайно сложной. Существуют классификации трещин по их геометрическим (длина, ширина раскрытия, глубина распространения) и статистическим параметрам (среднее и дисперсия числа трещин в единице объема), энергетическим показателям (сумм-марная поверхностная энергия), характерным стадиям процесса трещинообразования при постепенном увеличении нагрузки и др.. Однако приведенные варианты классификаций, несмотря на их, несомненно, положительные стороны в теоретическом аспекте, недостаточно информативны при решении практических задач. Основным критерием оценки трещин в обследуемых сооружениях является степень их опасности для несущих конструкций. Рассматривая трещины по показателю опасности, можно выделить три группы дефектов-трещин:

1) трещины неопасные, ухудшающие только качество лицевой поверхности;

2) опасные трещины, вызывающие значительное ослабление сечений, к ним относятся также все не стабилизировавшиеся трещины, развитие которых продолжается с неослабевающей интенсивностью;

3) трещины промежуточной группы, которые ухудшают эксплуатационные свойства, способствуют физическому износу, снижают надежность и долговечность конструкции, однако непосредственной опасности не представляют, так как для разрушения объекта в зоне трещины необходимо дополнительное неблагоприятное стечение обстоятельств.

Для конструкций с трещинами второй и третьей групп должны быть предусмотрены мероприятия по восстановлению эксплуатационных качеств. В зависимости от индивидуальных особенностей конструкции выбираются различные способы восстановления, которые могут заключаться в простейшем слу-чае – в заделке трещин раствором, или усилении дефектного элемента в том случае, когда дальнейшая его эксплуатация мо-жет привести к разрушению элемента и конструкции в целом.

Для того, чтобы правильно рассчитать степень опасности трещины в железобетонном элементе, необходимо выяснить причины ее возникновения. Сложность решения этой задачи определяется тем, что часто воздействие нагрузок, ставших причиной появления и развития трещин, обнаружить в момент проведения обследования не удается. Трещина могла образоваться в зимний период эксплуатации конструкции из-за перегрузки снегом, промерзания увлажненной области бетона, наледи. Появление трещин возможно также при неправильной эксплуатации конструкций производственных зданий, от временных перегрузок несущих элементов. Образование трещин возможно и на стадии монтажа конструкций. Причиной могут оказаться поставленные неправильно или в недостаточном количестве временные связи, некачественное выполнение строительно-монтажных работ или нарушения порядка монтажа. Часто трещины возникают из-за неравномерной осадки здания, которая имела место в течение непродолжительного периода при монтаже или эксплуатации. Наконец, трещины могут появиться при изготовлении строительного изделия, а также в процессе его транспортировки.

Во всех случаях действие фактора, вызвавшего появление трещины, могло прекратиться к моменту проведения обследования. При недостаточно строгом контроле на стадиях изготовления, монтажа и эксплуатации конструкций сведения о появлении трещин своевременно не регистрируются. Таким образом, от инженера-экспериментатора, проводящего обследование, требуется умение при наличии неполной информации дать правильную оценку состояния конструкции и причин деструкции. Чрезвычайно полезной в этом случае могла быть классификация трещин по причинам их возникновения, но, к сожалению, такой всеобъемлющей строгой классификации быть не может. Можно лишь говорить о наиболее вероятном происхождении трещин определенного вида в железобетонных и каменных конструкциях. Такую условную классификацию следует постоянно дополнять на основании результатов обследований, проводимых различными строительными организациями, институтами и лабораториями.

Возникновение трещин в железобетонной или каменной конструкции определяется локальными перенапряжениями и ослаблениями.

Причиной появления больших напряжений, образования и развития трещин являются:

- перегрузки, вызванные статическими и динамическими силовыми воздействиями;

- концентрация напряжений на структурных неоднородностях и в зонах изменений геометрических параметров несущего элемента, а также при натяжении арматуры;

- неравномерные перемещения конструкций из-за перегрузок или различия в деформативных характеристиках строительных материалов;

- неравномерные осадки фундаментов;

- различные температуры элементов конструкции, либо резкий перепад температуры в сечении элемента, неравномерное распределение температуры в объеме бетона массивных конструкций при экзотермической реакции;

- большая усадка бетона, вызванная нарушениями при изготовлении или же неудачном подборе состава бетонной смеси, неравномерная усадка поверхностных слоев бетона внутренних областей, вызванная интенсивной потерей влаги на его поверхности;

- расклинивающее действие льда в порах, пустотах, трещинах на увлажненных зонах бетона;

- расклинивающее действие арматуры при ее коррозии из-за накопления ржавчины.

Местные ослабления в бетоне конструкций, которые приводят к появлению трещин, могут быть также вызваны нарушениями в технологии изготовления сборных и монолитных железобетонных конструкций и, как следствие, большой неоднородностью структуры бетона; коррозией бетона, вызванной фильтрацией воды, повышенным содержанием солей, растворяющей способностью фильтрующих вод; электрохимической и газовой коррозией.

Детальный осмотр дефектных зон железобетонных и каменных конструкций должен завершаться составлением предварительного заключения, в котором дается ориентировочная оценка причин возникновения и степени опасности трещин, приводится план инструментальных измерений, результаты которых должны уточнить причину местных разрушений. Во многих случаях предварительная оценка происхождения и опасности деструкции может быть произведена по аналогии обнаруженной трещины с трещинами, природа появления которых достаточно хорошо изучена.

К характерным особенностям трещин, которые могут быть выявлены в ходе детального осмотра, относятся:

- ориентация трещин (продольная, поперечная, вертикальная, горизонтальная, наклонная);

- количество трещин и их расположение в дефектной области;

- ширина раскрытия и зона распространения трещины по длине и толщине элемента.

Информация, полученная при осмотре, дополняется результатами инструментальных измерений, по которым уточняется область распространения трещины, оценивается возможность ее дальнейшего развития, для незастывшей трещины определяются длина и ширина раскрытия как функции времени.

Анализ результатов многочисленных обследований позволяет указать на некоторые закономерности образования и развития трещин в несущих элементах железобетонных и кирпичных сооружений, которые связаны с конкретным видом воздействий и характерны для определенных по конструктивному назначению несущих элементов.

Неравномерные деформации основания при действии собственного веса строительных конструкций и полезной нагрузки определяются потерей устойчивости основания, пучением грунта, вымыванием основания при нарушении системы водоснабжения, замачиванием лессовидных грунтов, неоднородностью основания в зоне фундаментов.

Рис.5.1. Трещины в стеновых панелях и кирпичной кладке, вызванные неравномерной осадкой

Зоны деструкции, ориентация трещин зависят от расположения ослаблений под фундаментом или наличием уплотнений грунта. Существенное влияние на схему образования трещин от неравномерной осадки основания оказывает конструктивное выполнение узлов и сопряжений, обеспечивающих пространственную жесткость здания. При неравномерных деформациях основания трещины появляются в несущих стеновых панелях (рис.5.1), на стыках, часто переходят на перегородки и панели перекрытий.

Для анализа возможных вариантов трещинообразования несущий стеновой блок может быть рассмотрен с известной долей приближения как балка-стенка с различными условиями опирания. Ослабления основания у краев фундамента или же прочная опора под средней частью здания (рис. 5.1 а) вызывают напряженное состояние с максимальными растягивающими напряжениями в верхней трети балки-стенки над краем ослабленного участка основания. Наклонные трещины отрыва возникают от действия изгибающего момента и поперечной силы. Эти трещины могут не доходить до верхней кромки стены, т. к. критические растягивающие напряжения определяются, главным образом, поперечной силой. При значительных различиях податливости грунта (рис. 5.1 б) возникает вертикальная трещина сдвига на границе ослабленного и нормального основания. В этом случае наибольшее относительное смешение краев трещины отмечается в уровне фундамента. Если ослабленная зона грунта расположена под средней частью фундамента (рис. 5.1 в), трещины отрыва, вызванные неравномерной осадкой, наклонены к центру стены и к зоне ослабленного основания. Образование вертикальных трещин сдвига в этом случае маловероятно.

При перегрузке простенка возникают вертикальные, горизонтальные и наклонные трещины. При неправильном опирании перекрытия появляются трещины смятия в верхней части панели. Сквозная силовая трещина любой ориентации может привести к снижению несущей способности и устойчивости стены. Наибольшую опасность представляют горизонтальные и наклонные трещины. Появление вертикальных силовых трещин в плоскости стены от перегрузок маловероятно, так как столб несущей стены работает в условиях плоской деформации, поэтому при центрально приложенной нагрузке следует ожидать возникновения трещин расслоения по толщине панели.

Выпучивание несущей железобетонной стены, которое сопровождается появлением горизонтальных трещин, может быть следствием недопустимо большого эксцентриситета вертикальной нагрузки при неправильном монтаже; перегрузке стены в результате перераспределения усилий; неодинаковой деформативности различных по толщине слоев панели при неправильной технологии изготовления; горизонтальных перемещениях конструкций от неравномерной осадки.

В ходе инструментальных измерений при обследовании стен с горизонтальными трещинами обязательно следует определять перемещения изгиба стены относительно краев панели, характеризующие степень выпучивания и реальный эксцентриситет вертикальной нагрузки.

Различия в деформативности и загруженности вертикальных элементов здания вызывают неравномерность осадки несущих стен. Относительные смещения рядом расположенных вертикальных конструкций увеличиваются по высоте здания. Это может явиться причиной появления вертикальных трещин в узлах сопряжения панелей и наклонных трещин в перегородках и панелях. При различной деформативности стеновых панелей трещины развиваются в верхней части здания (рис.5.2).

Причиной возникновения опасных наклонных трещин с большой длиной и раскрытием является сочетание неравномерной осадки и вертикальных перегрузок или же усадки бетона и перегрузок.

Температурные трещины в стеновых панелях появляются при больших градиентах температуры по толщине элемента или же при ограничении связями температурного расширения и сжатия элемента. Вертикальные несквозные температурные трещины в наружных стеновых панелях развиваются в пределах одного этажа.

Часто наблюдаются сквозные температурные вертикальные трещины в перемычках при неудачном выполнении температурных швов. Характерной особенностью температурных трещин является непостоянство ширины их раскрытия. В связи с этим, если есть основания полагать, что трещина температурная, необходимо на стадии проведения инструментальных измерений проконтролировать ширину ее раскрытия в течение суток.

Усадочные трещины на поверхности стеновых панелей и плоских плит имеют вид беспорядочной сетки (рис. 5.3 а). В ребристых плитах, трехслойных панелях, балках, стеновых панелях с проемами усадочные трещины распространяются на большую глубину, часто оказываясь сквозными (рис. 5.3 б). Эти трещины расположены в зонах изменения геометрии сечения (сопряжение ребра и полки, мостики холода в трехслойных панелях, углы дверных проемов и т. д.). Усадочные трещины во внутренних конструкциях с раскрытием менее 0,3 мм при отсутствии агрессивной среды не представляют опасности.

Рис. 5.2. Схема образования трещин при различной деформативности несущих конструкций девятиэтажного