Усиление стен и фундаментов

В десятиэтажном двухсекционном жилом доме №9/3 по ул. Мушникова в г. Уфе, построенном в 1990 г., за год эксплуатации появились и начали интенсивно развиваться трещины, а также раскрываться швы между стеновыми панелями, смещаться панели. За 8 лет эксплуатации трещины в стенах достигли 3-4 мм с образованием сквозных трещин и раскрытием горизонтальных швов между панелями до 40 мм.

Геология
Согласно отчету ЗАО «ЗапУралТИСИЗ», выполненному в 1998 г., указанный жилой дом построен на засыпанной канаве для сброса промышленных вод с ТЭЦ-2, что привело к заболачиванию участка. Участок застройки дома расположен в условиях развитого перекрытого типа сульфатного карста V категории устойчивости карстовых провалов.
В геолого-литологическом разрезе площадки застройки выделяются 5 инженерно-геологических элементов (ИГЭ) (рис. 1):
ИГЭ-1А – насыпной песчано-гравийный грунт мощностью 2-5,5 м;
ИГЭ-1 – глина иловатая, текучепластичная с примесью органических веществ (заторфованная) мощностью 7,4 м;  
ИГЭ-2 – суглинок мягкопластичный, с примесью органических веществ мощностью от 0,8-0,9 м до 11 м;
ИГЭ-3 – песок пылеватый, мелкий мощностью 1-1,6  м;
ИГЭ-4 – гравийный грунт мощностью  0-6,8 м;
ИГЭ-5 – глина тугопластичная, неогеновая мощностью от 1,5 м до 5,0 м.
Далее - гипс светло-серый в кровле выветрелый, закарстован на контакте с выщезалегающими мергелями.
Расчетные значения показателей физико-механических свойств грунтов приведены в таблице 1.
Подземные воды залегают в виде двух водоносных горизонтов. Первый – в аллювиальных отложениях, второй – в гипсах. Водовмещающими в первом горизонте являются песчано-гравийные и суглинистые отложения аллювия. Водоупором – неогеновые глины. Воды имеют свободный уровень, режим их зависит от колебаний уровня воды в р. Уфе.
Установившийся уровень подземных вод зафиксирован на глубине 3,1-4,8 м от дневной поверхности. Питание подземных вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, разгрузка – в сторону р. Уфы. По химическому составу - воды гидрокарбонатные-сульфатные кальциево-натриевые с минерализацией 0,8-0,9 г/л. Согласно СНиП 2.03.11-85, воды не агрессивны к бетону нормальной плотности (SO4 = 0,19-0,23 г/л).
Коэффициент инфильтрации аллювиальных суглинков составляет 0,5 м/сутки, песков – 5 м/сутки, гравийного грунта – 110 м/сутки. Второй водоносный горизонт, приуроченный к гипсам, имеет напорный характер. Пьезометрический уровень обычно достигает уровня грунтовых вод. По химическому составу карстовые воды сульфатные кальциевые с минерализацией 2-3 г/л. На участке застройки под зданием геологами не было выявлено локальное ослабление (выемка) .

Конструктивная схема

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Рис.4

Рис.5

Рис.6

Рис.7

Рис.8

Рис.9

Дом крупнопанельный по серии 1-464Д.
В основу планировочной схемы здания заложено два шага поперечных стен – 2,6 и 3,2 м и дополнительный шаг 4,0 м для лестнично-лифтовых узлов. Общая ширина здания 13,04 м (в осях): два пролета по 5,75 м и дополнительный пролет 1,54 м для межквартирного коридора и лоджий. Высота этажа 2,7 м. План типового этажа здания представлен на рис. 2.
Нормативная нагрузка на фундаменты составила: под наружные стены – от 14 т/п м до 36,35 т/п м; под внутренние стены – от 18,3 т/п м до 37,2 т/п м.
Фундаменты здания – забивные составные железобетонные сваи сечением 300х300 мм и с безростверковым опиранием панелей стен на сваи. Длина свай 14 и 15 м. Расстановка свай принята с шагом 900, 1100, 1300 и 1600 мм в зависимости от нагрузок.
Безростверковое опирание стен на фундаменты ошибочно было принято из-за отсутствия геологических данных о наличии ослабленной зоны грунтов под зданием.
Пространственная жесткость и устойчивость здания обеспечивается совместной работой продольных и поперечных стеновых панелей и панелей перекрытий.
Наружные стены выполнены из керамзитобетона класса В5 толщиной 350 мм, внутренние железобетонные – толщиной 140 мм из бетона класса В15. Соединение наружных стеновых панелей между собой и с внутренними поперечными стенами предусмотрено проектом при помощи выпусков в трех точках: две точки в пределах перемычки, третья – на расстоянии 80 мм от нижней грани панели.
Плиты перекрытия – железобетонные толщиной 100 мм из бетона класса В15. Кровля плоская, совмещенная, вентилируемая с внутренним водостоком.

Дефекты
Через год эксплуатации дома появились трещины в продольных наружных и внутренних панелях стен, особенно в крайних четвертях здания (рис. 3). Трещины появились под и над оконными проемами, в местах пересечения продольных и поперечных стен и имели ширину раскрытия 1-5 мм. Также произошло раскрытие швов между наружными стеновыми панелями и перекрытиями в уровне пола с образованием щели до 20-30 мм, перекос наружных и внутренних панелей с разницей отметок по длине панели до 40 мм, множество продольных и наклонных трещин с шириной раскрытия до 2 мм в наружных панелях стен лестничных клеток (рис. 4). За 8 лет эксплуатации трещины в стеновых панелях и раскрытие швов между панелями увеличились почти в 3 раза; перекос по вертикали нижней грани стеновых панелей со стороны лестничных клеток на длине 45,2 м составил – 11,5 см, по лицевому фасаду – 7,5 см (по результатам геодезической съемки осадок).
Проведенное обследование характера дефектов надземных конструкций указывало на наличие неоднородного грунта и его деформации. В связи с этим проведено дополнительное обследование грунтов в виде статического зондирования малогабаритной установкой в подвале и снаружи здания. В результате была выявлена ослабленная зона грунтов и ее соответствие деформациям здания по геодезическим замерам.
Усиление фундаментов
На 8-ой год эксплуатации дома был разработан проект и выполнено усиление фундаментов, обеспечивающее повышение жесткости здания (рис. 5):
- под всеми поперечными стенами замоноличены высокие железобетонные ростверки в уровне свайных оголовков;
- свайные ростверки под поперечные стены связаны с поясами – ростверками под продольные стены;
- установлены методом вдавливания дополнительные составные «сваи-мега» сечением 300х300 мм общей длиной 16-22,8 м в средней части здания под поперечными ростверками для предотвращения оседания здания на этих участках. Длина составного элемента сваи принята из условия высоты подвала - 1,2 м.
Для включения сваи в совместную работу с монолитным ростверком оголена арматура оголовка сваи и к ней приварена рабочая арматура ростверка.
Вдавливание составных «свай-мега» осуществлялось домкратом с контролем усилия вдавливания 60 т со стабилизацией усилия до 55 т на сваю в течение 0,5 часа (рис. 6).
Предложенная схема позволила обеспечить высокую степень надежности усиления фундаментов при минимальном объеме земляных и бетонных работ без отселения квартиросъемщиков.

Усиление и ремонт надземных конструкций
По усилению несущих конструкций дома разработана техническая документация и выполнено усиление в 2002г. Для восстановления эксплуатационной пригодности конструкций здания было предусмотрено:
- усиление наружных стеновых панелей анкерами (снаружи) (рис. 7);
- устройство жестких диафрагм по панелям лестничных клеток из армобетонной рубашки и обрамления стальными уголками, анкеровка стеновых панелей лестничных клеток между собой (рис. 9).
Устройство армобетонной рубашки включало очистку панели, забивку анкеров, крепление сетки и дополнительной рабочей арматуры к анкерам, увлажнение поверхности панели, омоноличивание цементно-песчаным раствором марки 200.
Анкеровка панелей и участков стен с трещинами включали прорезку паза в панели (поперек трещины или шва между смежными панелями), укладку арматуры 10А-III длиной 600-800 мм в паз, крепление арматуры анкерами 10А-III в предварительно просверленные отверстия, заделку паза с арматурой цементно-песчаным раствором марки 200 на расширяющемся портландцементе марки 400. Количество анкеров на сопряжение смежных панелей в лестничных клетках принято по горизонтальным швам – три, по вертикальным швам – два.
Жесткость здания обеспечена при помощи устройства:
- вертикальных диафрагм жесткости анкеровкой панелей стен лестничных клеток со смежными панелями на этажах с первого по шестой, панелей углового участка на этажах с первого по восьмой;
- горизонтальных диафрагм – анкеровкой панелей второго и шестого этажей по длине здания и с панелями лестничных клеток.
Наружные стены в квартирах усилены изнутри при помощи армобетонной рубашки с заделкой швов со смежными поперечными панелями и выравниванием откосов  оконного и дверного проемов (рис. 8). В межквартирных коридорах панели стен с трещинами усилены армобетонной рубашкой. Плиты перекрытий с наличием трещин в лоджиях, комнатах усилены укладкой цементно-песчаного раствора марки 200 толщиной 25 мм по арматурной сетке 5Вр-1-100/100 и наклейкой стекловолоконной сетки по нижней поверхности панели перекрытия.
Зазоры между стеновыми панелями, перегородками и перекрытиями заделаны цементно-песчаным раствором марки 200.
За 2004-2005 гг. была выполнена анкеровка по наружным стенам и стенам лестничных клеток полностью по всему дому, а внутри дома – частично по отдельным квартирам первого и второго подъезда.
Появление новых трещин и раскрытие швов между панелями на усиленной части здания не наблюдается.