Analysis of causes of underground and atmospheric water in basements of the building in operation

Abstract


The main reasons for the appearance of underground and atmospheric water in the basements of the school building, which has been in operation for more than two years since its commissioning, are considered. The building is three-story, brick, with a basement and attic roof. The building foundation is made in the form of two monolithic reinforced concrete slabs arranged at different elevations (in height) and separated by a deformation joint. Geodetic survey data indicate that the site of the building is located in the lowest part of the courtyard. The engineering and geological structure and hydrogeological features of the construction site, as well as the state of the relief and structural solutions of the yard structures are analyzed. The results of the survey of building structures, observations of the position of the ground water level at the base of the building and atmospheric waters on the courtyard territory are given. Based on the results of the survey, assessment of the ground conditions of construction, observations of the hydrogeological regime, the main reasons for the appearance of underground and atmospheric water in the basement of the operated building were established in the base.

Full Text

Общие сведения Рассматриваемый объект - эксплуатируемое здание школы. Исходный материал для написания статьи получен по результатам обследования дворовой территории и строительных конструкций подвальной части здания, оценки грунтовых условий строительства, наблюдений за изменениями уровня подземных вод в основании и направлений перемещений атмосферной воды на поверхности земли, анализа и обобщения полученных данных. Необходимость подготовки статьи обусловлена выяснением причин периодического появления воды в подвале здания, которая покрывала пол в помещениях на высоту от 1 до 10 см. Вода стала поступать в подвальные помещения здания примерно через два месяца после ввода его в эксплуатацию (2018 г.). Здание школы трехэтажное, кирпичное, с подвалом и чердачной крышей, размером в плане 102,2´20,2 м (близкой к прямоугольной). По конструктивной схеме здание является каркасным, с заполнением межкаркасного пространства блоками из легкого бетона, облицованными снаружи красным (частично желтым) керамическим кирпичом. Фундамент здания выполнен в виде двух монолитных железобетонных плит толщиной 700 мм, которые устроены на двух разных отметках с перепадом 700 мм. Место примыкания фундаментных плит разделено деформационным швом (оси 8-9) [1, 10, 15]. По периметру наружных стен здания устроены приямки глубиной 600-700 мм от поверхности тротуара (рис. 1). Основное назначение приямков - обеспечить поступление света и атмосферного воздуха в помещения подвала здания. Рис. 1. Общий вид эксплуатируемого здания школы и прилегающей к нему дворовой территории Fig. 1. General view of the maintained school building and the surrounding courtyard area Оценка грунтовых условий строительства Из архивных материалов по грунтовым условиям строительства (ООО «РосСтройИзыскания», 2017 г.) выявлено, что место посадка здания школы расположено в наиболее низкой части дворовой территории. В пределах глубины до 20 м от поверхности залегают насыпные грунты (до глубины 0,4-0,5 м), представленные суглинком темно-серым с включениями строительного и бытового мусора. Затем, до глубины 3,0-3,6 м от поверхности, залегает суглинок бурый, желто-бурый, слабогумусированный, твердый с включениями карбонатов. Далее находится слой суглинка коричневато-бурого цвета, твердого до глубины 5,2-5,3 м и тугопластичного ниже по разрезу, который в целом залегает до глубины 7,3-8,1 м. Ниже подстилается суглинок коричневато-бурый, тугопластичный с включением гравия и других пород до 45-50 %. Этот слой суглинка коричневато-бурого цвета вскрыт до глубины 10-20 м. Подземные воды при изысканиях (октябрь 2016 г.) были вскрыты на глубине 3,6-3,7 м от поверхности. В предоставленных материалах при этом отмечено, что в течение года отметка уровня подземных вод меняет свое положение (поднимается и понижается). Такое изменение носит сезонный характер и находится в прямой зависимости от количества выпадающих осадков. Максимальный подъем уровня подземных вод был зафиксирован на глубине 2,6-2,7 м от поверхности основания, что соответствует примерно отметке пола подвала здания школы. Анализируя имеющиеся материалы, можно отметить, что инженерно-геологические условия строительства характеризуются как сложные [8, 16]. Рассматриваемая площадка относится ко второй (средней) категории сложности (СП 47. 13330.2012, прил. А) [9, 13, 14]. Ее поверхность на месте посадки здания слабонаклонная. Основание площадки на глубину до 10 м представлено преимущественно глинистыми грунтами различного состояния. Несущим слоем фундаментов являются суглинки тяжелые, преимущественно тугопластичные, что соответствует нормальным условиям для эксплуатации здания. Но грунты в основании здания (согласно материалам изысканий [2, 15]) относятся к потенциально подтопляемым. Поэтому при эксплуатации здания необходимо вести наблюдения за положением уровня подземных вод и исключать условия попадания их в подвальные помещения здания, что не всегда выполнялось. Результаты обследования поверхности дворовой территории Было установлено, что дворовая территория здания школы занимает площадь примерно 2,4 га (рис. 2). На дворовой территории, кроме здания школы, размещены два здания исторической постройки (которые являются составной частью школы и используются под административно-хозяйственные нужды), беговая дорожка, три спортивные площадки, опытно-тепличное хозяйство и др. Для обследования положения поверхности рельефа на дворовой территории была проведена геодезическая съемка с использованием прибора нивелир марки Bosch GOL 26D. Было выявлено, что поверхность дворовой территории имеет уклон преимущественно в восточном направлении от автомобильной дороги в направлении основного здания школы. Данные геодезической съемки свидетельствуют о том, что здание школы было посажено при проектировании на наиболее низком участке дворовой территории. Если отметку пола первого этажа здания школы принять за 0,000, то отметка поверхности дороги будет составлять +0,7…1,0 м. Уклон поверхности земли от дороги в направлении здания школы составляет в среднем 1,5 %. Таким образом, данные обследования поверхности дворовой территории свидетельствуют об уклоне поверхности земли в направлении основного здания школы, что способствует накоплению атмосферной воды на участке его расположения [5-7]. Рис. 2. Ситуационная схема дворовой территории здания школы: 1 - здание школы; 2, 3 - каменные здания исторической постройки; 4, 5, 6 - спортивные площадки; 7 - участок автомобильной дороги; 8 - отметки поверхности земли; 9 - ограда дворовой территории Fig. 2. Schematic diagram of the yard area of the school building: 1 - school building; 2, 3 - historic stone buildings; 4, 5, 6 - sports grounds; 7 - stretch of road; 8 - ground surface marks; 9 - fence of the yard area Данные о подземной и атмосферной воде на площадке дворовой территории Для уточнения положения уровня подземных вод (УПВ) на дворовой территории здания школы было устроено 7 наблюдательных скважин (шпуров) СН 1…СН 7 [15]. Скважины (шпуры) устраивались так, чтобы их нижний конец доходил до отметки уровня подземных вод. Глубина скважин при этом составляла 3,5-4,0 м от поверхности земли. Одна скважина (СН 2) была устроена на глубину 1,6 м в непосредственной близости от наружной стены здания (расстояние 400 мм). Ее нижний конец соответствовал отметке верха монолитной железобетонной плиты фундамента, которая выступала на 1,0 м от наружной стены здания. Диаметр наблюдательных скважин составлял 130 мм. Для предотвращения обрушения стенок скважин и попадания в них строительного мусора в скважины погружались пластиковые перфорированные трубы диаметром 60 мм. Перфорация труб выполнялась в виде отверстий на их боковой поверхности диаметром 5-6 мм; расстояние между отверстиями принималось в пределах 150-200 мм (рис. 3). Рис. 3. Схема продольного разреза наблюдательной скважины и ее посадка в грунт основания на территории здания школы: 1 - насыпной грунт; 2 - суглинки тяжелые, твердые; 3 - суглинки тяжелые, твердые и тугопластичные; 4 - суглинки тяжелые, тугопластичные, 5 - суглинки гравелистые, тугопластичные, 6 - уровень подземных вод, 7 - наблюдательная скважина Fig. 3. Schematic of the longitudinal section of the observation well and its planting into the basement of the school building: 1 - bulk soil; 2 - heavy, hard loam; 3 - heavy, hard and rigid loam; 4 - heavy, rigid loam; 5 - gravely, rigid loam; 6 - groundwater table; 7 - observation well Контроль положения уровня подземных вод выполнялся еженедельно (1-2 раза в неделю). Было выявлено, что подземная вода находится на глубине порядка 3,6-3,7 м от уровня отметки планировки дворовой территории (ноябрь-декабрь 2019 г.). При этом также было установлено, что на отметке фундаментной плиты, выступающей за контур здания, имеется атмосферная (поверхностная) вода, покрывающая поверхность фундамента на высоту порядка 80-100 мм. Это свидетельствует о ее накоплении в застенном пространстве вокруг подвальной части здания. Накопление атмосферной воды вокруг здания происходит за счет уклона поверхности дворовой территории. Визуальное обследование отмостки по периметру здания показало, что она устроена из тротуарной плитки, которая изготовлена из цементно-песчаных брусков (разного цвета) по специальной технологии. Тротуарная плитка смонтирована по слою песчаной (частично цементно-песчаной) подготовки (из песка средней крупности и мелкого), толщина которого составляет 100-150 мм. Ниже рассматриваемого слоя устроен еще один слой песка мелкого с включением строительного мусора. Можно полагать, что отмостка в настоящее время полностью не выполняет свою функцию, так как практически беспрепятственно фильтрует атмосферную воду в основание фундаментов здания школы. Данные о строительных конструкциях подвала Обследованием установлено, что каркас здания школы устроен из монолитных железобетонных колонн и ригелей. Перекрытие над подвалом здания также монолитное, железобетонное, устроенное поверх ригелей. Ограждающие конструкции подвала - монолитные железобетонные стены толщиной 200 мм. Фундаменты здания мелкого заложения в виде двух монолитных железобетонных плит толщиной 700 мм, устроенных на различных отметках с перепадом высот 700 мм [3, 4, 11]. На участке примыкания фундаментных плит устроен деформационный шов (оси 8-9) по всей высоте здания. Полы в помещениях подвала выполнены бетонными. При обследовании подвальной части здания были выявлены участки со следами замачивания мест стыка (сопряжения) строительных конструкций. Такие участки были обнаружены в местах примыкания наружных подвальных стен здания с полом подвальных помещений (оси А, Е, 17 и др.). Причина их замачивания обусловлена действием капилярного давления подземной воды, которая накапливается в основании фундаментов здания. За счет капилярного давления подземная вода фильтруется в местах сопряжения бетонных (железобетонных) строительных конструкций и проникает в подвальные помещения здания. Проникновению подземной воды способствует также некачественно выполненная гидроизоляция подвальных стен здания [7, 9, 12, 17]. Для периодической оценки объема поступающей подземной воды в помещения подвала в его наружных стенах были устроены сквозные наблюдательные отверстия (рис. 4). Всего было устроено пять контролируемых участков с отверстиями. На каждом участке пробуривалось по шесть наблюдательных отверстий диаметром 30 мм, которые были расположены на одной вертикальной оси с шагом 200 мм. Для анализа и обобщения полученных данных по результатам мониторинга составлялся журнал наблюдений, данные которого помогали оценить положение и уровень подземной воды в застенном пространстве подвала здания (рис. 5). По результатам проведенных наблюдений выявлено, что одной из основных причиной появления подземной воды в подвальных помещениях здания является отсутствие дренажа вокруг здания и некачественно выполненные работы по гидроизоляции подвальных участков наружных стен. Рис. 4. Схема устройства наблюдательных отверстий для оценки поступления подземной воды в подвальные помещения здания: 1 - фундаментная плита; 2 - наружная стена подвальной части здания; 3 - плита перекрытия подвала, отм. ±0,000; 4 - наружная стена первого этажа; 5 - наблюдательные отверстия Fig. 4. Schematic of observation openings to assess groundwater ingress into the building basement: 1 - Foundation slab; 2 - Exterior wall of the building basement; 3 - Basement floor slab, elevation ±0.000; 4 - Exterior wall of the ground floor; 5 - Observation openings Рис. 5. Общий вид наблюдательных отверстий в наружной стене здания по оси Ж (между рядами 2-3) на контролируемом участке 4 Fig. 5. General view of the observation holes in the outer wall of the building along the G-axis (between rows 2-3) in supervised area 4 По результатам обследования подвальной части здания школы было выявлено его техническое состояние, которое оценивается в настоящее время как ограниченно работоспособное [5, 7]. Установленные дефекты и повреждения строительных конструкций подвальной части здания, включая грунты основания (периодическое замачивание пола подвала, стен, колонн, некачественные стыки монолитных железобетонных стен и перекрытий, некачественно устроенная гидроизоляция и др.), существенно снижают их несущую способность. Однако в настоящее время при действующих нагрузках пока отсутствует реальная возможность разрушения здания [10, 14]. Для повышения эксплуатационной надежности здания школы и продления срока его службы необходимо в ближайшее время выполнить мероприятия по отводу подземной воды от здания и защите подземных строительных конструкций (стен, фундаментов, приямков и др.) от замачивания. Основные причины появления атмосферной и подземной воды в подвале здания Появление атмосферной и подземной воды в подвальных помещения здания школы связано со следующими обстоятельствами: 1. Посадка здания школы запроектирована в наиболее низком месте дворовой территории. Было установлено, что дворовая территория школы (площадь 2,4 га) имеет уклон порядка 1,5 % от своих границ к зданию (разница в отметках 0,7-1,0 м). Это способствует накоплению атмосферной поверхностной воды на участке расположения здания и ее фильтрации в основание. 2. Отмостка вокруг здания школы практически не выполняет свою основную функцию по защите грунтов основания и фундаментов здания от замачивания. Причина этого - отсутствие конструктивных решений у отмостки, препятствующих попаданию атмосферной воды в грунт обратной засыпки (пазух фундаментов), основание здания и помещения подвала. 3. Наличие дефектов бетонных (железобетонных) строительных конструкций на участках стыка наружных стен и фундаментных плит, которые способствуют проникновению воды (подземной, атмосферной) в помещения подвала здания. 4. Отсутствие дренажа вокруг здания школы и некачественно выполненные работы по гидроизоляции подвальных стен здания. Таким образом, на основании результатов обследования дворовой территории и подвальной части школы, оценки грунтовых условий строительства, наблюдений за гидрогеологическим режимом в основании установлены главные причины появления атмосферной и подземной воды в подвальных помещениях эксплуатируемого здания. Основные выводы 1. Установлено, что рассматриваемое здание школы трехэтажное, кирпичное, сложной формы в плане (близкой к прямоугольной), с подвальным этажом и чердачной крышей. По габаритным осям размеры здания 102,2´20,2 м. По конструктивной схеме - является каркасным с заполнением ограждающих стен блоками из легкого бетона, облицованными керамическим кирпичом. Фундаменты здания плитные из двух монолитных железобетонных плит, устроенных на различных отметках. Здание введено в эксплуатацию в 2018 г. и в настоящее время эксплуатируется в условиях периодического замачивания водой подвальных помещений. 2. Из архивных материалов выявлено, что инженерно-геологические условия рассматриваемой площадки характеризуются как сложные и относятся ко второй (средней) категории сложности (по СП 47.13330.2012). Основание рассматриваемого здания школы сложено глинистыми грунтами на глубину более 10 м. Несущим слоем фундаментов являются суглинки тяжелые, преимущественно тугопластичные (ИГЭ 2) и вполне могут выполнять роль несущего элемента. Установлено, что уровень подземной воды находится на глубине 3,6-3,7 м от поверхности земли (у здания) и за счет ее капилярного поднятия, инфильтрации атмосферных осадков может подниматься до отметки 2,4-2,5 м, что соответствует примерно отметке пола подвала. Согласно архивным данным рассматриваемая площадка относится к потенциально подтопляемым. 3. Установлено, что основной причиной появления подземной и атмосферной воды в подвальных помещениях является ее фильтрация через наружные стены и отверстия (приямки) в бетонном полу здания. Накопление подземной воды в пазухе стен (в грунте обратной засыпки) и основании фундамента обусловлено строительством здания школы на низком участке дворовой территории, поверхность которой имеет уклон к месту посадки здания. Накоплению подземной воды способствует также устройство водопроницаемой отмостки по периметру здания, которая фильтрует ее в основание. 4. Выявлено, что техническое состояние подвальной части здания школы в настоящее время оценивается как ограниченно работоспособное (по ГОСТ 31937.2011). Установленные дефекты и повреждения строительных конструкций подвальной части здания, включая грунты основания, существенно снижают их несущую способность. Однако в настоящее время при действующих нагрузках пока отсутствует реальная возможность разрушения здания. Для повышения эксплуатационной надежности здания школы и продления срока его службы необходимо в ближайшее время разработать проект и выполнить мероприятия по отводу подземной воды от здания и защиты подземных строительных конструкций (стен, фундаментов, приямков и др.) от замачивания.

About the authors

A. I Polishchuk

Kuban State Agrarian University

D. A Chernyavskii

Kuban State Agrarian University

V. V Gumenyuk

Kazakh Leading Academy of Architecture and Construction, International Education Corporation

G. G Solonov

Kuban State Agrarian University

References

  1. Отдельные чертежи марки КР, КЖ, ГЧ по объекту: «Реконструкция МБОУ СОШ № 43 по адресу Северской район, ст. Северская, ул. Ленина 120, с увеличением вместимости и выделением блока начального образования на 400 мест». - Краснодар: ИП Галстян (шифр 16035-1-КР.КЖ.ГЧ), 2017.
  2. Заключение по инженерно-геологическим изысканиям: «Реконструкция МБОУ СОШ № 43 по адресу Северской район, ст. Северская, ул. Ленина 120, с увеличением вместимости и выделением блока начального образования на 400 мест». - Краснодар: ООО «РосСтройИзыскания» (шифр 61-10/2016ИИ, 61-10/2016ИИ-СМР), 2017.
  3. Полищук А.И. Основания, фундаменты и подземные сооружения: учебник. - 2-е изд., доп. - М.: Изд-во АСВ, 2020. - 498 с.
  4. Полищук А.И. Основы проектирования и устройства фундаментов реконструируемых зданий и сооружений. - 3-е изд. доп. - Нордхэмптон: STT; Томск: STT, 2007. - 476 с.
  5. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. - М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003. - 27 с.
  6. ГОСТ 26433.2-89. Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений параметров зданий и сооружений. - М.: Стандартинформ, 1989. - 27 с.
  7. ГОСТ 31937-2011. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. - М.: ГУП МНИИТЭП, 2011. - 95 с.
  8. Полищук А.И. Анализ грунтовых условий строительства при проектировании фундаментов зданий: Научно-практическое пособие. - М.: Изд-во АСВ, 2016. - 104 с.
  9. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения / под ред. В.А. Ильичева и Р.А. Мангушева. Глава 16. Усиление оснований и фундаментов зданий и сооружений / А.И. Полищук, А.А. Лобанов, А.А. Тарасов. - М.: Изд-во АСВ, 2014. - С. 627-665.
  10. СП 14.13330.2014. Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП П-7-81*. - М.: Минстрой, 2015. 55 с.
  11. Пособие по обследованию строительных конструкций зданий. АО «ЦНИИПРОМЗДАНИЙ». - М.: 2004. - 154 с.
  12. СП 22. 13330. 2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. - М.: Минстрой России, 2016. - 213 с.
  13. СП 47. 13330. 2012. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11.02.96. - М., 2012. - 117 с.
  14. ГОСТ 25100.2011. Грунты. Классификация. - М., 2012. - 67 с.
  15. Заключение по теме: «Результаты обследования строительных конструкций цокольной части здания для выяснения причин появления воды в подвальных помещениях / А.И. Полищук, Д.А. Чернявский, Г.Г. Солонов [и др.]. - Краснодар: АСП-Проект, 2020. - 73 с.
  16. Мангушев Р.А., Осокин А.И., Сотников С.Н. Геотехника Санкт-Петербурга. Опыт строительства на слабых грунтах: монография. - М.: Изд-во АСВ, 2018. 386 с.
  17. Пономарев А.Б., Винников Ю.Л. Подземное строительство. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2014. - 262 с.

Statistics

Views

Abstract - 21

PDF (Russian) - 17

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2021 Polishchuk A.I., Chernyavskii D.A., Gumenyuk V.V., Solonov G.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies