Дефекты и аварии в конструкциях, зданиях и сооружениях вызываются различными причинами: недостатками инженерно-геологических изысканий, проектирования, выбора территории для строительства; старением и недолговечностью строительных материалов; низким качеством строительно-монтажных работ; плохим уходом за конструкциями и сооружениями в процессе их эксплуатации.
Дефекты конструкций и сооружений подразделяются на несколько категорий.
К одной из них относятся видимые и скрытые недостатки, которые снижают прочность материалов и несущую способность конструкций. Эта категория дефектов при развитии деформаций через некоторое время может вызвать разрушение конструкций или отдельных участков здания и служить причиной аварий.
Такого рода дефекты могут встречаться в конструкциях и зданиях, находящихся в строительстве, в выстроенных сооружениях или в зданиях, находящихся длительное время в эксплуатации.
Если по результатам обследований устанавливается ненадежность конструкций, в первую очередь проводят временные охранные мероприятия: ограждение участка здания, установку стоек, связей, распоров и креплений, засыпку пазух, отвод талых, дождевых и промышленных вод; разгрузку перекрытий и при необходимости временное крепление конструкций с выводом из опасной зоны людей.
После выполнения охранных мероприятий, когда уже исключена возможность обрушения, приступают к усилению ослабленных конструкций; заменяют и перекладывают отдельные элементы; устраивают железобетонные, металлические или смешанные обоймы, которые выполняются в металле и бетоне; подводят фундаменты; вводят дополнительное армирование элементов; устраивают протезы в деревянных конструкциях; проводят искусственное оттаивание зданий при выполнении работ в зимнее время; выполняют зачеканку и замоноличивание швов, стыков в сопряжениях элементов; устанавливают дополнительные связи; осуществляют бетонирование монолитных вкладышей и др.
К другой категории дефектов относят частичные ослабления конструкций, которые не вызывают нарушения их устойчивости и не угрожают целостности зданий и сооружений, но со временем могут привести к снижению несущей способности.
Незначительные на первый взгляд изъяны, своевременно не устраненные, могут прогрессировать и в конечном счете служить причиной полного разрушения конструкций. Это, например, глубокие раковины и пустоты в железобетонных конструкциях; прогибы настилов; развитие трещин в конструкциях; длительное увлажнение металлических и деревянных конструкций, скрытых для осмотра; коррозия металла; смещение арматуры в железобетонных конструкциях; недостатки в опираниях элементов; просадка и вымывание грунта из-под фундаментов.
К дефектам и недостаткам, снижающим прочность и эксплуатационные качества конструкций и вызывающих повышенные расходы на ремонт зданий и сооружений, относятся:
- протечки через кровли и стыки; проникание грунтовых и талых вод в подвальные помещения; низкие теплотехнические качества ограждающих конструкций; повышенная звукопроводность; зыбкость полов, лестничных маршей и перекрытий; старение отделки зданий;
- переустройство зданий без учета фактических нагрузок на данные конструкции, пробивка сводов, стен, перекрытий, перемычек, вырезки тяжей; подкопы и выемки грунта из-под фундаментов; увлажнение, подмачивание и вымывание грунта; увлажнение несущих конструкций при порче системы отопления; протечки, вызванные отсутствием профилактического ремонта кровель, внутренних водостоков, стилобатов, швов, примыканий, трапов, соединений; разрушение стен, карнизов, балконов, металлических остекленных фонарей, связей с систематическим попаданием в них талых и дождевых вод.
По влиянию на качество отделки, прочность, надежность и устойчивость сооружений дефекты в зависимости от степени нарушения конструкций можно разделить на следующие виды:
- неровности, каверны, поры, изъяны, раковины, пустоты, необработанные рабочие швы, сколы, сколы, трещины, рыхловатость структуры бетона и раствора, пористость, различие в цвете бетона, наплывы, нарушение линейно-угловой строгости и формы конструкций, оголение металла;
- низкое качество и нарушениям отделке поверхностей внутренних и внешних стен, перекрытий и полов;
- деформации и повреждения конструкций;
- разрушения конструкций и отдельных частей зданий и сооружений;
- аварии зданий и сооружений;
- катастрофы и крушения сооружений.
Неровности на поверхности бетона и раствора являются результатом нарушения лицевой пленки нестроганой и шероховатой поверхностью деревянной и металлической опалубки, всплытия и выделения граней щебня и гравия на поверхности конструкции, нарушения горизонтальных и вертикальных линий изделия. Этот наиболее распространенный вид брака в строительстве снижает качество внутренней и наружной отделки помещений, приводит к быстрому загрязнению и шелушению поверхности, образованию отрывов на побелке стен и потолков и требует очень раннего после ввода в эксплуатацию ремонта.
Каверны и поры на поверхности конструкций возникают вследствие вовлечения воздушных пузырьков в бетон и раствор, вмятин или выступов нестроганой опалубки, скопления при вибрировании наиболее жидкой части цементного теста и раствора на поверхности конструкций, усадки смеси при повышенных и резких температурных режимах обработки бетона, рябоватости и неоднородности структуры. Поры могут также появляться при бетонировании конструкций в металлической опалубке из-за отсутствия отсоса влаги и недостаточного уплотнения смеси.
Изъяны - это небольшие углубления в бетоне, недостаточный защитный слой, обнажение арматуры, которые вызывают на поверхности бетона ржавые пятна и потеки на фасадах; различные механические повреждения, возникающие при изготовлении, транспортировании или монтаже конструкций.
Раковины - разновидность дефекта, встречающаяся довольно часто. Раковины могут быть поверхностные, глубинные и сквозные; одиночные или семейство раковин.
Образование раковин вызывается обычно следующими причинами: технологическими - несоблюдение правил подбора состава бетона, расслоение бетонной смеси при длительном транспортировании, неправильная укладка и уплотнение смеси; конструктивными - насыщенность конструкций и узлов гибкой и жесткой арматурой, малый защитный слой, оголение металла, сложное скопление закладных металлических деталей в сопряжениях элементов конструкций.
Пустоты. Если раковины в бетоне рассматриваются как разновидность скопления слабосцементированного гравия, щебня или крупного песка, разобщенных между собой при полном отсутствии раствора в местах контакта, то пустоты в железобетонных конструкциях представляют собой участки, где образуются полости неопределенных размеров при полном отсутствии бетона. Пустоты чаще всего возникают в конструкциях, насыщенных жесткой и гибкой арматурой, в местах скопления и пересечения закладных деталей, при бетонировании тонкостенных конструкций, обетонировании колонн с жесткой арматурой, заполнении бетоном асбестоцементных и металлических колонн, при недостаточном уплотнении, зависании бетона в бетонируемых конструкциях, а также при сложном профиле примыканий элементов друг к другу.
Кроме того, такие дефекты встречаются в нижних частях колонн, балок и прогонов на участках различной длины с обнажением арматуры на опорах и узлах примыкания балок, в прогонах, бункерах, ядрах жесткости, в сопряжениях монолитных железобетонных стен с днищами.
Необработанные рабочие швы и разрывы в бетонируемых конструкциях встречаются довольно часто в монолитных железобетонных конструкциях.
Хорошо подготовленный и обработанный рабочий шов, возникший в результате перерыва в бетонировании, обеспечивает хорошее сцепление с новым бетоном. Недостаточная подготовка поверхности снижает качество сцепления бетона, вызывает коррозию арматуры, фильтрацию грунтовых вод, снижение прочности и монолитности конструкций.
К общим недостаткам нужно отнести грубые и случайные обрывы рабочих швов без устройства организованных вертикальных выгородок в установленном проектом производства работ порядке; расплыв бетона в бетонируемой конструкции; скопление рыхлых прослоек и посторонних включений илистых налетов, строительного мусора, опилок, древесины. При вынужденных перерывах в бетонировании в зимних условиях в рабочих швах обнаруживают прослойки рубероида и шлаковаты и другой утепляющий и защитный материал, который используется для предохранения бетона от замерзания. По недосмотру рабочих и технического персонала при возобновлении работ временно уложенный материал не удаляется. Рабочий шов с прослойками посторонних материалов снижает монолитность конструкций, возникает необходимость в удалении из швов случайных материалов.
Сколы в бетоне чаще всего возникают от механических повреждений при распалубке недостаточно окрепшего бетона, транспортировании, складировании или монтаже конструкций Они встречаются в эксплуатируемых промышленных сооружениях при креплении к конструкциям технологического оборудования, трубопроводов. Сколы защитного слоя появляются, но значительно реже, при коррозии металла в конструкциях. В этом случае через пористый бетон или недостаточный защитный слой проникает влага, вызывающая коррозию металла, продукты которой, увеличиваясь в объеме, приводят к сколу бетона в углах колонн и к образованию продольных трещин вдоль арматуры в балках. В углах колонн возможны сколы и при повышенных размерах защитного слоя.
Своеобразные сколы бетона можно наблюдать в колоннах со сферическими опорами. Эти сколы проходят вдоль стержней в нижних и верхних краях опор, возникают при монтаже и в процессе сварки, выверки и особенно при оттяжке колонн, когда они уже сварены между собой.
Из-за плохого армирования или смещения арматуры могут появиться сколы бетона в консолях колонн и подстропильных балках.
При тушении огня во время пожаров напорной струей воды лицевой слой бетона отпадает в виде лещадок разной величины, как бы выпучивается. При простукивании поврежденного бетона прослушивается типичный глухой звук, свидетельствующий о нарушении монолитности бетона. Чем продолжительнее воздействие огня, тем глубже слой нарушенного бетона. В тонкостенных конструкциях сколы обнаруживают уже через 10 - 20 мин, при этом изменяются цвет, объемный вес, плотность и прочность бетона.
Трещины. Любые трещины должны быть освидетельствованы для установления причин возникновения, характера развития, допущенных пределов раскрытия, при этом сопоставляют их с аналогичными типичными трещинами в подобных ранее обследованных конструкциях, а также определяют влияние трещин на прочность, устойчивость и несущую способность конструкций.
Рыхловатость структуры встречается при замораживании бетона в раннем возрасте. Если бетон не прошел необходимой тепловой обработки в начальный период тверденря, он при оттепелях способен впитывать талую и дождевую воду, которая при последующем замораживании делает его структуру еще более рыхлой. Многократное повторение процессов оттаивания и замораживания бетона и раствора приводит к полному или частичному разрушению структуры материала. Поверхностное шелушение бетона сопровождается отделением лицевого слоя до 1 - 3 мм, при более интенсивном нарушении отслаивается бетон на глубину 4 - 7 см и арматура обнажается В колоннах, подколонниках, фундаментах нарушение и распад поверхностного слоя при неблагоприятных условиях твердения бетона на морозе распространяется на глубину 10 - 30 см.
В тонкостенных конструкциях бетон разрушается в поле плиты на полную толщину; разрыхление и скол ребер наблюдается в плитах, косоурах, балках, несущих железобетонных перегородках и поясах.
Признаками подобных разрушений бетона является нарушение сцепления крупного заполнителя с раствором, набухание и «пучение» бетона, отделение лещадок, частичная или полная потеря бетоном механической прочности.
Деформации и повреждения, возникающие в сооружениях, указывают на неблагоприятное состояние и отказ в работе отдельных конструкций. Каждая деформация должна быть оценена с точки зрения прочности, устойчивости, несущей способности конструкций по результатам испытаний материалов, производственных наблюдений, актам на скрытые работы, геодезическим съемкам и натурным инструментальным замерам.
При потере прочности или снижении несущей способности конструкции должны быть оценены как пред-аварийные, при этом разрабатываются и осуществляются первоочередные охранные мероприятия, обеспечивающие безопасность эксплуатации.
Разрушения, связанные с полной потерей прочности и несущей способности конструкций, сопровождаются перекосами и разрывами соединительных элементов, обвалами и падениями элементов сооружений.
При разрушении и падении конструкций необходимо приостановить эксплуатацию здания в зоне повреждений и оградить смежные участки.
Деформации, как и разрушения, могут быть вызваны ударными, вибрационными и другими динамическими и внезапными нагрузками, упущениями в расчетах и армировании, использованием некачественных материалов, нарушениями тепловой обработки бетона и технологии монтажа, разнородностью по прочности, упругости и жесткости используемых материалов, потерей прочности основания, подкопами под фундаменты.
Аварии зданий и сооружений - это внезапные разрушения и обвалы, сопровождающиеся полным или частичным обрушением конструкций или отдельных частей зданий и сооружений, причиняющие большие потери; могут сопровождаться травмами и жертвами.
При авариях конструкции, обрушившиеся на одном участке, могут вызвать потерю устойчивости и на других участках здания. Анализ многих аварий показывает, как часто повторяются одни и те же ошибки из-за неосведомленности строителей и проектировщиков об аналогичных авариях. Каждая авария проходит некоторые закономерные последовательные стадии: ослабление, перенапряжение, потеря устойчивости, внезапное разрушение конструкций.
Катастрофами называют внезапные разрушения зданий и сооружений, вызванные стихийными бедствиями - оползневыми явлениями, наводнениями, землетрясениями, ураганами, взрывами и др.
Если при авариях подвергаются разрушению отдельные участки зданий и сооружений, то при катастрофах может быть разрушен одновременно ряд зданий, сооружений и даже районов.
