Составляющие геотехнического

ВВЕДЕНИЕ

В мировой практике развитых в экономическом отношении стран с каждым годом увеличивается доля реконструкции зданий и сооружений по сравнению с новым строительством. Эта тенденция в инвестиционной политике дает возможность быстро менять технологию различных производств и назначение зданий, используя готовые объемы. Однако такого рода перепрофилирование часто ведет к увеличению нагрузок на существующие фундаменты за счет использования более тяжелого оборудования и к изменению статической схемы работы здания - устройству дополнительных опор, этажей, догрузке перекрытий и полов.

В городах уплотняется застройка, реконструируются целые кварталы, осваивается подземное пространство. Интенсивно строятся подземные торговые центры, транспортные магистрали, инженерные сети. При этом важным требованием мировой практики реконструкции является сохранение исторических архитектурных памятников, определяющих облик города.

Аналогичные проблемы характерны и для многих крупных городов России. Растут инвестиции в капитальный ремонт, восстановление и реконструкцию зданий. Структурные изменения, происходящие в области строительства, требуют соответствующей нормативной базы, внедрения современных технологий, отличных от применяемых в новом строительстве.

Индустриальные строительные технологии будут находить все большее применение при реконструкционных работах, значительная часть которых выполняется вручную. Это характерно как для зарубежной, так и для отечественной практики реконструкции, особенно связанной с работой по восстановлению либо сохранению памятников архитектуры.

В качестве примера можно привести накопленный опыт реконструкции зданий в Санкт-Петербурге. Несмотря на сложное экономическое положение в стране, не прекращается финансирование спасения памятников архитектуры, которые имеют не только национальную, но и общечеловеческую ценность. Эти памятники располагаются как в центре города, так и в пригородной зоне. В Ленинградской области имеются уникальные сооружения, в число которых входят русские православные соборы XIIв. в Приладожье.

Жилой фонд Петербурга, построенный до 1917г, составляет около 18 млн.м². До 2000г планировалось выполнить капитальный ремонт свыше 14 млн.м² жилья. Однако эти работы в полной мере не будут реализованы из-за сложности их проведения, плохого состояния зданий и отсутствия централизованного финансирования.

Петербург - достаточно специфический для России город. Являясь длительное время столицей великой державы в период наивысшего расцвета ее культуры, он стал неотъемлемой частью общечеловеческой культуры, экономическим, социальным, этническим, экологическим "барометром" жизни России.

Специфика города заключается в том, что он строился как столица России, по единому плану, в сложных инженерно-геологических условиях. Многие ансамбли имеют международную значимость и создавались крупнейшими архитекторами Европы. Задачи реконструкции городской застройки Петербурга беспрецедентны как по сложности, так и по объему. Они требуют использования последних достижений науки и мировой практики в области сохранения памятников архитектуры.

Разобщенность процессов проектирования и работ по реконструкции осложняет решение важных градостроительных задач.

Опасна и наблюдающаяся в последнее время тенденция передачи аварийно-деформированных зданий частным (коммерческим) структурам. У новых владельцев возникает потребность в скорейшем извлечении дохода с минимальными затратами на ремонт; тем более не находится средств на усиление оснований и фундаментов, которое является наиболее сложным и дорогостоящим мероприятием. В силу этого здания после косметического ремонта продолжают претерпевать деформации, что опасно для их дальнейшей эксплуатации.

Использование самых передовых мировых технологий по устройству оснований и фундаментов без учета специфики инженерно-геологических условий российских городов и богатого отечественного опыта также опасно. Аварийная ситуация произошла в 1991г при реконструкции гостиницы "Невский Палас" в Петербурге, где работы выполнялись крупнейшей европейской фундаментостроительной фирмой по современным западным технологиям. В процессе ведения работ по устройству подземной части встраиваемого здания произошло разрушение трех соседних домов (двух по Невскому пр. - д. №55 и 59 и одного по Стремянной ул. - д. №10). Аналогичные ситуации произошли при строительстве в 1998г вокзального коммерческого комплекса на Лиговском пр.

Ни в одном другом городе страны нет такого количества капитальных старых зданий, большая часть из которых находится под защитой Государственной инспекции по охране памятников.

Для выполнения все усложняющегося комплекса реконструкционных работ требуются специальное оборудование и новые технологии. Работы, как правило, выполняются в стесненных условиях городской застройки либо в работающих цехах. В целом ряде случаев специальные работы по усилению фундаментов выполняются из подвалов и с первых этажей зданий.

Наиболее сложные геотехнические задачи решаются при реконструкции уже деформированных зданий на слабых водонасыщенных, насыпных либо заторфованных грунтах. Это имеет место в Петербурге, Архангельске, Новгороде, Пскове, столицах прибалтийских государств -Таллинне, Риге, Вильнюсе, городах Скандинавии, Дании, Голландии.

В императорском Петербурге существовало своеобразное ограничение давления по подошве фундаментов: высота зданий не должна была превышать карниза Зимнего дворца. Тем не менее, печальной закономерностью для центра города являлись деформации старой малоэтажной застройки в зоне примыкания к ней зданий повышенной этажности (5-7 этажей). Современное строительство в центре с его тенденцией к дальнейшему повышению этажности и использованию подземного пространства является еще большим фактором риска по отношению к исторической застройке.

В 60-х гг текущего столетия наблюдались многочисленные случаи аварийного деформирования старых зданий при возведении между ними встроек на естественном основании. Исследования, выполненные в Ленинградском инженерно-строительном институте, позволили установить причину этих деформаций. Она заключалась в образовании воронки (так называемой "мульды") оседания, распространяющейся за пределы нового здания. Развитию мульды способствовало наличие в основании мощной толщи слабых глинистых грунтов.

В качестве мер, предотвращающих деформации соседних зданий, в 70-80-х гг. в нашем городе широко пропагандировалось устройствоконсольного примыкания нового здания к существующим, а также использование разделительного шпунтового ряда. Однако консольное примыкание, создающее значительные конструктивно-планировочные трудности, оказалось малоэффективным, поскольку мульда оседания распространялась далеко за пределы консоли. Отсутствие в арсенале строителей - геотехников щадящих технологий приводило к повреждению зданий при забивке или вибропогружении возле них шпунта.

Проблема строительства новых зданий в черте плотной городской застройки может быть кардинально решена устройством свайных фундаментов, передающих нагрузки на малосжимаемые моренные грунты. Собственная осадка зданий на таких фундаментах оказывается незначительной. Казалось бы, незначительными должны быть и осадки соседних зданий. Однако разнообразные технологические воздействия при устройстве свайных фундаментов во многих случаях приводили к аварийным деформациям прилегающей застройки.

Причиной практически всех этих аварий являлось расструктуривание надморенных слабых глинистых грунтов, которые в обширной зоне вокруг свай приходили в состояние вязкой жидкости и обусловливали развитие дополнительных осадок соседних зданий.

Наибольшие динамические воздействия возникают при забивке и вибропогружении свай. Современные нормы не допускают применения этих технологий в 20-метровой зоне вокруг существующих строений, что все же не является гарантией безопасности для соседней застройки.

Технология вдавливания свай практически полностью исключает динамические воздействия на основание. Однако и этот способ не является щадящим: при вдавливании сваи происходит перемятие и расструктуривание слабых глинистых грунтов в зоне, значительно превышающей диаметр внедряемого элемента.

Наиболее щадящей технологией по отношению к толще слабых грунтов основания и соседней застройке в мировой практике справедливо считается устройство буровых свай. При бурении скважин под сваи необходимо обеспечить устойчивость проходки. Чем больше диаметр скважины, тем сложнее обеспечить ее устойчивость в слабых грунтах. Именно неучет особых свойств слабых глинистых грунтов при устройстве свай большого диаметра привел к авариям окружающих зданий в процессе реконструкции гостиницы "Невский Палас" на Невском пр. и строительства жилого комплекса по М. Дворянской ул.. Эти аварии являются примерами того, как при отсутствии должного геотехнического обоснования может быть скомпрометирована чрезвычайно перспективная идея устройства свай большого диаметра в геологических условиях Петербурга.

В инженерно-геологических условиях Петербурга весьма сложными оказываются даже устройство одноэтажного подземного сооружения или прокладка инженерных коммуникаций на глубине 5м от поверхности.

Использование подземного пространства для развития инфраструктуры города сдерживается сложностью решения основной проблемы: выполнения ограждающих конструкций подземного сооружения при сохранении прилегающей застройки.

Чтобы избежать деформирования прилегающей застройки, следует решить вопрос о необходимости ее превентивного усиления в зоне риска, обусловленного строительством подземного сооружения или нового здания. При этом должно учитываться фактическое состояние основания, фундаментов и надземных конструкций зданий. Средства защиты застройки должны быть адекватны виду и интенсивности техногенного воздействия на нее со стороны нового строительства. В то же время должны быть исключены или ограничены по интенсивности те воздействия, которые не могут быть нейтрализованы средствами защиты существующих зданий.

Анализ причин возникновения аварийных ситуаций в строительстве, проведенный Э. И. Мулюковым, показал, что более 55% случаев отказов оснований и фундаментов обусловлены техногенными факторами, проявляющимися на стадии эксплуатации здания или сооружения (см. рис. а, б). При этом в равной мере присутствуют факторы, связанные с возведением объекта и эксплуатацией территории. К сожалению, нередким явлением в последнее время стали случаи деформации застройки, связанные с развитием карстовых явлений вследствие аварий инженерных коммуникаций. Подобные ситуации имели место, например, в Москве.

Для приморских городов, построенных на глинистых отложениях, проблемы, связанные с эксплуатацией территории, не столь актуальны. К ним можно отнести лишь прокладку глубоких инженерных коммуникаций, тоннелей, строительство метро. Для Петербурга, например, в котором освоение подземного пространства существенно отстает от нуждпятимиллионного города, характерны лишь 2% подобного типа аварий (см. рис. в). Большая часть деформаций (61%) обусловлена техногенными факторами, связанными с возведением объекта и проявляющимися при его эксплуатации.

Структура причин деформаций:

а - причины отказов оснований и фундаментов зданий Уфы (55 зданий) - по Э.И.Мулюкову;

б- причины отказов оснований и фундаментов зданий разных

городов России (79 зданий) - по Э.И.Мулюкову;

в - причины отказовстроящихся зданий в Петербурге (24 здания);

г - причины разрушениясоседних зданий при строительстве новых в Петербурге

(1956-80гг, 26 зданий); а - то же (1980-98гг, 28 зданий);

Р1 - осадки в процессе эксплуатации; Р2 - использование критических технологий;

R1.1 - причины, вызвавшие отказ из-за упущений на стадии изысканий;

R1.2 - то же, на стадии проектирования; R2.1 - то же, на стадии эксплуатации зданий;

R2.2 - то же, на стадии эксплуатации территории

Весьма примечательно, что в последние два десятилетия в Петербурге существенно изменилась структура причин разрушений соседних зданий при строительстве новых. В 1956-80гг преобладали деформации зданий в процессе эксплуатации (см. рис. г), что было связано с неэффективностью защитных мероприятий того времени (использование консольного примыкания, разделительного шпунта). В 1980-98гг почти две трети случаев деформирования исторической застройки обусловлены использованием критических технологий в новом строительстве (см. рис. б).

Резюмировать изложенное можно одной фразой: безаварийное строительство и сложная реконструкция в историческом центре города возможны только при условии геотехнического сопровождения на всех стадиях строительного процесса.

Такое требование является общепринятым в международной геотехнической практике. Едиными европейскими нормами (ЕURODE-7 «Geotechnics») предусматривается подразделение всех строительных ситуаций на три геотехнических категории. К третьей, наивысшей по сложности, геотехнической категории относятся, в частности, строительство на структурно-неустойчивых грунтах и устройство котлованов в условиях городской застройки. Таким образом, сложная реконструкция и новое строительство в условиях городской застройки на слабых грунтах попадают в третью категорию сразу по двум позициям. К строительству объектов этой категории предъявляются особые требования. Одно из них - участие геотехника на всех стадиях строительного процесса (в планировании, изысканиях, обследовании, проектировании, строительстве и послестроительном мониторинге).

К сожалению, в отечественной нормативной литературе не сформулирована концепция геотехнического сопровождения. Отдельные фрагментарные требования, имеющиеся в ведомственных и региональных строительных нормах, не вполне увязаны между собой и, более того, иногда входят в противоречие.

В данной книге предложена концепция геотехнического сопровождения строительства и сложной реконструкции зданий в условиях плотной городской застройки на слабых грунтах и приведено детальное рассмотрение составляющих этого сопровождения. В основу концепции положен многолетний опыт сложной реконструкции, накопленный авторами. Особое внимание уделено анализу и прогнозу осадок зданий и сооружений на слабых грунтах. Делается попытка регламентации вредных технологических воздействий на соседние строения в процессе ведения реконструкционных работ.

Под научным руководством одного из авторов в разные годы был выполнен комплекс сложных геотехнических работ, связанных с усилением оснований и фундаментов известных памятников архитектуры в Петербурге: Юсуповского дворца по наб. р. Мойки, 94; дворца Румянцева на Английскойнаб., 44; костела Св. Екатерины на Невском пр., 32; Приоратского дворца в Гатчине и др.. В Архангельске выполнялись работы по спасению аварийно-деформированных зданий; Дома Советов, Соловецкого подворья, Макаровских бань и 10 наиболее известных строений, возведенных до 1917г на деревянных сваях и определяющих облик одного из древнейших городов России. Работы по спасению зданий выполнялись во многих исторических городах страны: Вологде, Тихвине, Рыбинске, Волхове, Новгороде, Пскове, Калининграде и др.

Многолетний опыт подсказывает, что без полной реализации геотехнического комплекса работ сложная реконструкция городов превращается в опасный и разрушительный вид деятельности. Нам представляется, что полный комплекс должен, как минимум, включать в себя:

• предпроектное инженерное обследование площадки строительства
и соседних зданий, попадающих в зону возможного риска;

• геотехнический прогноз возможных деформаций зданий в процессе ведения реконструкционных работ и в период дальнейшей эксплуатации;

• моделирование наиболее опасных реконструкционных ситуаций на стадии проектирования, включая проект организации и производства работ;

• расчеты по предельным состояниям системы "основания, фундаменты, надземные конструкции";

• проектирование в случае необходимости усиления конструкций здания (включая фундаменты и грунты в их основании);

• геотехническое обоснование применимости различных технологий устройства оснований и фундаментов подземных и заглубленных сооружений;

• научное сопровождение сложных технологий;

• геотехнический и геоэкологический мониторинг на стадии производства строительных работ;

-^ • контроль качества работ при геотехническом строительстве.

В своей книге авторы постарались ответить на широкий круг вопросов. Естественно, что отдельные вопросы находятся в стадии разрешения, а некоторые из них в силу своей сложности носят постановочный характер.

Дата добавления: 2013-12-12