Отклонения от проекта, деформации, повреждения и аварии

Следует иметь в виду, что даже некоторые допускаемые строительными нормами отклонения могут привести к нежелательным последствиям. Так, существуют допускаемые отклонения правильной кладки из обыкновенных массивов, зафиксированные в технических указаниях по производству и приемке работ при возведении морских и речных портовых сооружений- Отклонения допускают возможность возвышения наиболее высоколежащего массива курса секции или бычка над массивом, расположенным наиболее низко, для набережных стенок по любому створу, а для бычков — также параллельно боковому их ограничению. Размеры возвышения допускаются при укладке массивов первого курса кладки на 40 мм, для остальных курсов кладки — на 60 мм, а после обжатия основания огрузкой — соответственно на 120 и 150 мм.

При указанных допусках и определенном композиционном расположении отдельных массивов в теле кладки возможна работа массивов (рис. 116) как консолей (а) и балок (б) на двух опорах, при которой они должны получить трещины под нагрузкой от веса вышележащих массивов. Из расчетной схемы на рис. 116, а видно, что затемненный массив второго курса размером 3,98Х2,98Х2,2 м, опирающийся на два просевших массива первого курса, работает как двухконсольная конструкция. При нормативном сопротивлении бетона массива R^н_р = 1,8 МПа массив может быть разрушен изгибающим моментом М_р = 1,92 МДж. Момент, подсчитанный по схеме, M_q = 1,94 МДж, т. е. M_q > М_р — массив должен разрушиться.

Из расчетной схемы на рис. 116, б видно, что затемненный массив размером 4,98X2,98X2,2 м работает как балка на двух опорах, для которой разрушающий момент также равен М_р = 1,92 МДж, а фактически действующий равен M_q = 3,53 МДж, т. е. M_q > М_р — массив должен разрушиться.


Как правило, за счет общей «подвижности» и «притирания» массивов в сложной игре сил в теле массивовой кладки с многократной перевязкой массивы деформируются незначительно. Но при «жесткой» работе массивы получают деформативные трещины. Это говорит о том, что злоупотреблять нормативными допусками не следует.

К отклонениям можно отнести относительно незначительные неправомерные отступления от проектных решений, требований строительных норм и правил, ведомственных строительных норм и государственных стандартов, снижающие качество строительства причалов. Накопление отклонений и отдельные значительные отклонения могут привести к разрушению части конструкций или возводимого причала в целом.

Так, в одном из северных портов сооружалась ячейка большого диаметра из плоского металлического шпунта. Ячейка не была раскреплена, была заполнена песком вместо скального грунта по проекту. В результате штормовых и ледовых воздействий в шпунте образовались разрывы и отверстия, через которые был вымыт песок, после чего ячейка была полностью разрушена.

Известен случай, когда в причальной стенке широкого пирса из уголковых конструкций с внутренней анкеровкой были поставлены вместо железобетонных предварительно напряженных лицевых стенок стенки без предварительного напряжения арматуры. Во избежание разборки полностью сооруженного причала было выполнено дополнительное обжатие бетона лицевой стенки путем постановки внешних тяжей из круглого железа параллельно наружной плоскости стенки. Тяжи анкеровались в фундаментной плите уголковой стенки и проходили сквозь образованное отверстие в верхней железобетонной обстройке уголков, натяжные гайки тяжей упирались в балку обстройки.

При строительстве причалов типа больверк из металлического шпунта основным недостатком являются недопустимые отклонения забитой шпунтовой стенки от проектного створа с невозможностью выравнивания стенки натяжением шпунтин.

Так, на строительстве причалов глиноземного завода шпунтовая стенка была перекрыта широким шапочным брусом из железобетона, выровнявшим линию кордона. Свисающие в сторону акватории консоли шапочного бруса опирались на дополнительно забитые коробчатые сваи из шпунта «Ларсен-V» (рис. 117).

При значительных отклонениях металлических шпунтовых свай от вертикали в плоскости створа «веерность» забивки исправляют погружением специальных клиновидных шпунтин.


Деформации и повреждения причальных конструкций особенно четко прослеживаются при строительстве и эксплуатации набережных эстакад на призматических железобетонных сваях.

В 1960—1962 гг. с участием автора были впервые обнаружены факты преждевременного разрушения призматических предварительно напряженных железобетонных свай на причальных сооружениях в портах северного побережья Черного моря и в Азовском море.

Повреждения свай характеризовались различной степенью коррозии бегона в зоне переменного уровня. Коррозия начиналась обычно с шелушения поверхностного слоя вскоре после погружения свай с дальнейшим развитием до обнажения слоя крупного заполнителя и даже арматуры либо появления через 1,5—2 года после погружения продольных трещин на гранях у углов свай, тянущихся от места заделки в верхнее строение до отметки, расположенной на 50—70 см ниже переменного уровня. Развитие продольных трещин приводило к отслаиванию защитного слоя бетона. Это вызывало необходимость при эксплуатации причала, а иногда даже в процессе его строительства, выполнять трудоемкий ремонт свай — заключение в железобетонные обоймы поврежденных мест.

Проведенные автором исследования определили круг причин недолговечности свай, связанной с недостатками технологии изготовления, перемещения (складирование, транспортировка, подъем, перевод из горизонтального в вертикальное положение) и погружения.
Нарушения технологии изготовления свай:

• несовершенство конструкций стенд-камер и металлических форм; неравномерность предварительного напряжения арматурных стержней по высоте сечений свай;
• применение некачественных заполнителей для приготовления бетонной смеси; применение бетонной смеси с повышенной осадкой конуса; использование опалубочных смазок, приводящих к нарушению целостности поверхностного слоя бетона;
• неправильные укладка и уплотнение бетонной смеси при формировании свай, приводящие к неоднородности физико-механических свойств бетона по высоте поперечного сечения сваи. Вследствие этого верхний слой бетона обладает более низкими прочностью и модулем упругости по сравнению с нижним, что вызывает смещение физического центра тяжести сечения по отношению к геометрическому центру — в результате центрально нагруженная свая работает как внецентренно нагруженная;
• уменьшение проектной толщины защитного слоя бетона; произвольные отклонения поперечных размеров свай от проектных;
• отклонения от заданного режима тепловой обработки свай, способные вызвать образование микротрещин в бетоне при возникновении растягивающих напряжений в начальный период повышения температуры в камере. По мере остывания ядра сваи трещины закрываются, однако нарушения структуры бетона способствуют, после погружения сваи и воздействия на нее химически агрессивной морской воды, образованию продольных трещин в начале эксплуатации;
• передача напряжений на бетон до распалубки сваи, вызывающая нарушение целостности поверхностей цементной пленки; недостаточная срезка рабочих стержней арматуры в голове сваи, приводящая к концентрации напряжений на стержнях при ударах молота;
• отсутствие должного ухода за сваями после изготовления.

Нарушения при эволюциях свай:

• при неправильно организованных подъемах и перемещениях свай, переводе их из горизонтального в вертикальное положение и заводке в стрелы копра создаются условия, способствующие остаточному выгибу в плоскости подъема. В условиях центрального сжатия при действии кратковременных статических и динамических нагрузок наличие выгиба на свае может привести к значительному повышению напряжений в бетоне (до 25%);
• при неправильных схемах подъема свай длиной более 20 м, переводе их из горизонтального в вертикальное положение к заводке в стрелы изгибающие моменты от собственного веса сваи могут превышать моменты трещинообразования. Этому способствуют произвольные завышения поперечных размеров, а следовательно массы свай, зафиксированные на заводах-изготовителях, что приводит к образованию на сваях поперечных трещин еще до их погружения в грунт.

Нарушения при погружении свай:

• эксцентричность передачи удара молота на сваю, вызванная конструкцией широко применяемого на строительстве Н-образного наголовника, недостаточные прочность и косина дубового вкладыша наголовника в плоскости удара молота, неперпендикулярность торцов-свай к их продольным осям, кривизна свай;
• применение деревянных прокладок, не обеспечивающих смягчения удара молота, что приводит при уплотнении прокладок в процессе забивки свай к увеличению напряжений в головной части в 1,2—1,3 раза;
• недостаточная прочность дубового вкладыша и изменение его упругих свойств в процессе забивки свай, что приводит к увеличению жесткости удара молота в несколько раз;
• забивка свай без жестких направляющих или кондукторов; неправильный подбор массы молота, что при погружении свай, например в слабые грунты, может привести к возникновению больших растягивающих напряжений, вызывающих появление поперечных трещин. Так, при погружении свай в грунты средней плотности молотом с массой ударной части 7,5 т (при высоте подъема 0,7—0,9 м и деревянной прокладке) максимальные сжимающие напряжения в головной части сваи (без учета внецент-ренности удара) составляют 17—21 МПа. Верхний предел напряжений здесь превышает допустимые суммарные напряжения сжатия (от предварительного обжатия и динамической нагрузки при ударе), принимаемые равными 0,7 от призменной прочности бетона сваи, т. е. 19,6 МПа;
• погружение свай в раннем возрасте (менее 30 сут), вызывающее преждевременное возникновение коррозии бетона, особенно в осенне-зимний период;
• по данным испытаний опытных свай, сжимающие напряжения в среднем сечении составляют 80—85%, а в нижнем сечении — 27—32% максимальных сжимающих в верхнем сечении. Вместе с тем, за счет внецентренности удара молота коэффициенты неравномерности напряжений соответственно равны: для верхнего сечения сваи —1,2, среднего —1,15 и нижнего —1,1;
• измеренные при погружении опытных свай поперечные деформации бетона в большинстве случаев (54,5%) оказались выше предельно допустимых деформации на растяжение, что свидетельствует о появлении в теле свай микротрещин. Этот вывод подтверждается данными ультразвуковых испытаний погруженных свай.

Ввиду сложного сочетания различных воздействий на сваю ее долговечность может быть обеспечена только при выполнении комплекса мероприятий, направленных на устранение нарушений в стадии изготовления свай, производства свайных работ (включая хранение и транспортировку) и усовершенствование конструкции типовой сваи.


Аварией называется неожиданное разрушение отдельной конструкции причального сооружения или причала в целом, часто с катастрофическими последствиями и значительным ущербом, под влиянием силовых, температурных и других воздействий, превышающих фактически допустимые для данной конструкции или причального сооружения.

В частном случае нанесения повреждения сооружаемому или построенному причалу со стороны судна к авариям относят такие повреждения, на устранение которых требуется более 48 ч. Если на ремонт повреждения потребовалось менее этого срока, то событие именуют аварийным происшествием.

Установлено, что около половины аварий происходит во время строительства объектов, а 20% — на готовых, но не сданных в эксплуатацию сооружениях. Основными причинами аварий являются: низкое качество строительно-монтажных работ; ошибки, допущенные в проектных решениях; неоправданная экономия материалов; низкая квалификация проектировщиков, производителей работ, авторского и технического персонала; стихийные бедствия.

По последним данным, низкое качество работ является причиной свыше 70% аварий. Оно объясняется в основном несоблюдением технических условий и правил производства работ на строительстве, а также поставкой железобетонных конструкций, изделий, полуфабрикатов и материалов, качество которых не соответствует требованиям государственных стандартов.

Ошибки в проектных решениях касаются, как правило, расчетов устойчивости, прочности и жесткости конструкций. Приводит к авариям недостаточное внимание к вопросам обеспечения устойчивости причальных сооружений в особых условиях строительства, например на илах, просадочных и вечномерзлых грунтах, в зоне действия волноприбоя, в сейсмических районах.

Неоправданная экономия материалов (и вынужденная из-за отсутствия материалов) заключается в их неприменении или замене при изготовлении важнейших узлов, деталей, конструкций причальных сооружений.

К авариям приводят: неиспользование временных раскрепляющих устройств, направляющих, кондукторов; пропуск температурных швов; невыполнение гидроизоляции и антикоррозионных покрытий; применение электродов непроектных марок при монтаже железобетонных элементов с металлическими закладными частями на электросварке; невыполнение антисептирования древесины; низкая квалификация исполнителей; перегрузка недостроенных причальных сооружений складируемыми на них конструкциями и материалами для нужд дальнейшего строительства.


Стихийные бедствия, вызывающие аварии, связаны с сейсмическими процессами — извержениями вулканов, значительными колебаниями земной коры, трещинообразованием в земной поверхности и цунами. Ураганные ветры способствуют нагону уровня воды в морях, водоемах и реках, жесточайшим штормам, образованию песчаных и снежных завалов. Обильные дожди вызывают наводнения, оползневые и селевые явления. Сильные морозы образуют морозобойные трещины и наледи. К стихийным бедствиям относятся также крупные пожары.

Особым, специфичным для причальных сооружений, видом аварий является их разрушение непосредственно от динамического воздействия волн на недостаточно защищенную конструкцию или от размыва волнением основания сооружения.

Важной задачей являются правильное рассмотрение и изучение аварий, анализ их причин, выявление главнейших из них, извлечение верных выводов, установление возможности и путей ликвидации аварий- В этом должен существенно помочь порядок расследования аварий, установленный Государственным комитетом Совета Министров СССР по делам строительства. Порядок расследования учитывает, что если при аварии произошли несчастные случаи с людьми, то расследование производится на основании Положения о расследовании и учете несчастных случаев на производстве, утвержденного постановлением Президиума ВЦСПС. При обрушении единичных конструкций в процессе работ, не приведшем к обрушению или повреждению ранее возведенных конструкций и несчастным случаям, порядок расследования устанавливается строительной организацией.

Остановимся на рассмотрении характерной аварии эстакадного причала из-за общей потери устойчивости сооружения. При строительстве пассажирского причала эстакадной четырехрядной конструкции на железобетонных предварительно напряженных призматических сваях сечением 40X40 см и глубиной 6,75 м при черпании котлована под причал была оставлена прослойка илов в основании сооружения, прикрывающая плотные глины. Отчерпанная прорезь была засыпана песком. Далее по проекту должна была регулироваться песчаная подпричальная призма с погружением в нее (после стабилизации) свай. Из-за отсутствия земснаряда для рефулирования было решено погружать сваи без отсыпки песчаного откоса, а сам откос после забивки свай выполнить из камня. При интенсивной отсыпке каменного откоса пионерным способом при помощи самосвалов был замечен наклон 36 голов свай в сторону моря. Через 12 дней этот наклон достиг 35—121 см от вертикали и стабилизировался (рис. 118). Причиной аварии явилась недостаточная устойчивость на сдвиг прослойки слабых илов основания, в результате чего произошел сдвиг в сторону моря подпричальной каменной призмы и подстилающего ее слоя песчаной подсыпки со значительным наклоном свай секции, получивших переломы (по результатам обследования выдернутых свай).