Основными причинами появления трещин в стенах обычно являются:
- неравномерная осадка фундаментов;
- температурные деформации стен большой протяженности, если при возведении их не были предусмотрены температурные швы;
- местная перегрузка отдельных участков стен в результате пробивки в них разного рода проемов (технологических, монтажных и другого назначения) без соблюдения определенных технических требований.
В подавляющем числе случаев трещины в каменных стенах образуются из-за неравномерной осадки фундаментов, которая происходит вследствие:
- неоднородного грунта основания или неравномерности нагрузки на него, недоучтенных при проектировании сооружения;
- вымывания грунта из-под фундаментов грунтовыми водами, водой из неисправных сетей водопровода, канализации, теплофикации или технологическими водами, проливающимися на полы производственных помещений и проникающими в грунт под фундаменты из-за отсутствия или неисправности гидроизоляции полов;
- местных разрушений фундаментов при воздействии на них агрессивных жидкостей или других факторов, в результате чего создается перегрузка отдельных участков основания.
Рассмотрим также и основные причины деформации и повреждения стен.
Конструктивные ошибки:
- неравномерные осадки части здания, в результате чего в кирпичной кладке появляются напряжения, приводящие к разрыву кладки и образованию трещин;
- несоответствие несущей способности материала стен действующей нагрузке;
- применение теплых растворов со шлаковыми добавками и повышенной зольностью;
- нарушение пространственной жесткости стенового остова, особенно в зданиях постройки середины 20-х — начала 30-х гг. в слабоперевязанных местах примыкания поперечных несущих стен к наружным самонесущим, что особенно проявляется при сравнительно слабых грунтах.
Неудовлетворительная эксплуатация:
- просадка фундаментов из-за неудовлетворительного технического состояния подземных инженерных коммуникаций;
- систематическое переувлажнение кладки стен в результате неисправного состояния карнизных сливов кровель из стальных листов, водосточных труб, отмостки вокруг здания;
- нарушение шарнирной связи стен с диском перекрытия при значительном нарушении сечения деревянных балок перекрытий, что приводит к отклонению стен от вертикальной оси за счет наклона всей стены или выпучиванию ее отдельных участков;
- выравнивание раствора на значительную глубину кладки.
Производственные ошибки:
- пробивка проемов в кирпичной кладке с нарушением технологической последовательности;
- боковое выпучивание кладки вследствие одностороннего распора свода перекрытия;
- оштукатуривание поверхности кладки цементным либо жирным раствором, а также окраска кирпичной поверхности масляными красками, обладающими малой воздухопроницаемостью, что нарушает нормальный влажностный режим стен;
- некачественная заделка ранее пробитых гнезд или штраб для монтажа балок или плит перекрытий;
- разборка перекрытий с нарушением технологии, что приводит к нарушению монолитности кирпичной кладки;
- укладка балок и крючков перекрытий без распределительных плит или пластин, что также может нарушить кладку.
Ошибки проектирования:
- перераспределение действующих нагрузок, приводящее к перенапряжению оснований или кирпичных простенков малого сечения;
- увеличение этажности здания без учета действительной несущей способности стен и фундаментов;
- расположение вновь проектируемого здания в непосредственной близости от существующего без разработки особых мероприятий, направленных на снижение влияния на работу грунта под существующими фундаментами, добавочной нагрузкой от вновь возводимого здания.
По степени опасности для несущих и ограждающих конструкций трещины можно разделить на три группы:
- Трещины неопасные, ухудшающие только качество лицевой поверхности.
- Опасные трещины, вызывающие значительное ослабление сечений, развитие которых продолжается с неослабевающей интенсивностью.
- Трещины промежуточной группы, которые ухудшают эксплуатационные свойства, снижают надежность и долговечность конструкций, однако еще не способствуют полному их разрушению.
Возникновение трещин в железобетонных или каменных конструкциях определяется локальными перенапряжениями, увлажнением бетона и расклинивающим действием льда в порах материала, коррозией арматуры и действием многих труднопрогнозируемых факторов.
Следует различать трещины, появление которых вызвано напряжениями, проявившимися в железобетонных конструкциях в процессе изготовления, транспортировки и монтажа, и трещины, обусловленные эксплуатационными нагрузками и воздействием окружающей среды.
В железобетонных конструкциях к трещинам, появившимся в доэксплуатационный период, относятся: усадочные трещины, вызванные быстрым высыханием поверхностного слоя бетона и сокращением объема, а также трещины от набухания бетона; трещины, вызванные неравномерным охлаждением бетона; трещины, вызванные большим гидратационным нагревом при твердении бетона в массивных конструкциях; трещины технологического происхождения, возникшие в сборных железобетонных элементах в процессе изготовления, транспортировки и монтажа.
Трещины, появившиеся в эксплуатационный период, разделяются на следующие виды: трещины, возникшие в результате температурных деформаций из-за нарушений требований устройства температурных швов или неправильности расчета статически неопределимой системы на температурные воздействия; трещины, вызванные неравномерностью осадок грунтов основания; трещины, обусловленные силовыми воздействиями, превышающими способность железобетонных элементов воспринимать растягивающие напряжения.
Методы и средства наблюдения за трещинами
При наличии трещин на несущих конструкциях зданий и сооружений необходимо организовать систематическое наблюдение за их состоянием и возможным развитием с тем, чтобы выяснить характер деформаций конструкций и степень их опасности для дальнейшей эксплуатации.
Наблюдение за развитием трещин проводится по графику, который в каждом отдельном случае составляется в зависимости от конкретных условий.
Трещины выявляются путем осмотра поверхностей конструкций, а также выборочного снятия с конструкций защитных или отделочных покрытий.
Следует определить положение, форму, направление, распространение по длине, ширину раскрытия, глубину, а также установить, продолжается или прекратилось их развитие.
На каждой трещине устанавливают маяк, который при развитии трещины разрывается. Маяк устанавливают в месте наибольшего развития трещины.
При наблюдениях за развитием трещин по длине концы трещин во время каждого осмотра фиксируются поперечными штрихами, нанесенными краской или острым инструментом на поверхности конструкции. Рядом с каждым штрихом проставляют дату осмотра.
Расположение трещин схематично наносят на чертежи общего вида развертки стен здания, отмечая номера и дату установки маяков. На каждую трещину составляют график ее развития и раскрытия.
Трещины и маяки в соответствии с графиком наблюдения периодически осматриваются, и по результатам осмотра составляется акт, в котором указываются: дата осмотра, чертеж с расположением трещин и маяков, сведения о состоянии трещин и маяков, сведения об отсутствии или появлении новых трещин и установка на них маяков.
Ширину раскрытия трещин обычно определяют с помощью микроскопа МПБ-2 с ценой деления 0,02 мм, пределом измерения 6,5 мм и микроскопа МИР-2 с пределами измерений от 0,015 до 0,6 мм, а также лупы с масштабным делением (лупы Бринеля) (рис.1) или других приборов и инструментов, обеспечивающих точность измерений не ниже 0,1 мм.
Рис. 1. Приборы для измерения раскрытия трещин а — отсчетный микроскоп МПБ-2, б — измерение ширины раскрытия трещины лупой: 1 — трещина; 2 — деление шкалы лупы; в — щуп
Глубину трещин устанавливают, применяя иглы и проволочные щупы, а также при помощи ультразвуковых приборов типа УКБ-1М, бетон-3М, УК-10П и др. Схема определения глубины трещин ультразвуковыми методами указана на рис.2 .
Рис. 2. Определение глубины трещин в конструкции 1 — излучатель; 2 — приемник
При применении ультразвукового метода глубина трещины устанавливается по изменению времени прохождения импульсов как при сквозном прозвучивании, так и методом продольного профилирования при условии, что плоскость трещинообразования перпендикулярна линии прозвучивания. Глубина трещины определяется из соотношений:
где h — глубина трещины (см. рис. 2); V — скорость распространения ультразвука на участке без трещин, мк/с; ta, te — время прохождения ультразвука на участке без трещины и с трещиной, с; а — база измерения для обоих участков, см.
Важным средством в оценке деформации и развития трещин являются маяки: они позволяют установить качественную картину деформации и их величину.
Маяк представляет собой пластинку длиной 200-250 мм, шириной 40-50 мм, высотой 6-10 м, из гипса или цементно-песчаного раствора, наложенную поперек трещины, или две стеклянные или металлические пластинки, с закрепленным одним концом каждая по разные стороны трещины, или рычажную систему. Разрыв маяка или смещение пластинок по отношению друг к другу свидетельствуют о развитии деформаций.
Маяк устанавливают на основной материал стены, удалив предварительно с ее поверхности штукатурку. Рекомендуется размещать маяки также в предварительно вырубленных штрабах (особенно при их установке на горизонтальную или наклонную поверхность). В этом случае штрабы заполняются гипсовым или цементно-песчаным раствором.
Осмотр маяков производится через неделю после их установления, а затем один раз в месяц. При интенсивном трещинообразовании обязателен ежедневный контроль.
Ширина раскрытия трещин в процессе наблюдения измеряется при помощи щелемеров или трещиномеров. Конструкция щелемера или трещиномера может быть различной в зависимости от ширины трещины или шва между элементами, вида и условий эксплуатации конструкций.
Наиболее простое решение имеет пластинчатый маяк (см. рис. 3). Он состоит из двух металлических, стеклянных или плексигласовых пластинок, имеющих риски и укрепленных на растворе так, чтобы при раскрытии трещины пластинки скользили одна по другой. Края пластинок должны быть параллельны друг другу. После прикрепления пластинок к конструкции отмечают на них номер и дату установки маяка. По замерам расстояния между рисками определяют величину раскрытия трещины.
Рис. 3. Пластинчатый маяк из двух окрашенных пластинок 1 — пластинка, окрашенная в белый цвет; 2 — пластинка, окрашенная в красный цвет; 3 — гипсовые плитки; 4 — трещина