О проблемах проектирования, усиления и восстановления объектов, пострадавших от стихийных бедствий

В ближайшее время представители строительных отраслей СНГ рассмотрят проблемы проектирования, усиления и восстановления объектов, пострадавших от стихийных бедствий. Опыту работы белорусских строителей посвящена эта статья.

В соответствии с данными, представленными Министерством по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь, за 1997-1999 годы в нашей стране от природных стихийных бедствий пострадало 311 объектов. Общая сумма нанесенного ущерба составила 1770 млрд белорусских рублей.

При этом повреждались или разрушались в основном здания и сооружения старых построек, расположенные в сельской местности или в частном секторе небольших городов и поселков, строительство которых выполнялось хозспособом, часто силами самих застройщиков, и в процессе строительства которых допускались отступления от требований проекта и нормативно-технической документации.

Наибольший ущерб был нанесен ураганами и сильными ветрами (190 объектов на сумму 1511 млрд руб.). Кроме того, от наводнений, ливней и града пострадало 80 объектов (219,6 млрд руб.), от снегопадов, метелей, снежных заносов - 41 объект (38,6 млрд руб.).

Основными причинами, вызвавшими эти повреждения и разрушения, явились нарушения технологии производства строительно-монтажных работ, применение некачественных строительных материалов, конструкций и изделий, отступления от проекта, допущенные в процессе производства работ, а также неудовлетворительная эксплуатация объектов. При этом необходимо отметить, что объекты, построенные с соблюдением требований нормативно-технической документации, как правило, не пострадали.

В Республике Беларусь сложилась ситуация, когда сроки эксплуатации многих объектов промышленности (здания и сооружения, открытые эстакады, дымовые трубы и т.д.), а также энергетики (опоры линий электропередачи и др.) и связи (телебашни, антенные опоры ретрансляционных станций и т.п.) близки к предельным. Многолетний опыт обследования железобетонных объектов, накопленный в Белорусской государственной политехнической академии, свидетельствует о том, что их состояние во многих случаях крайне неудовлетворительное.

В условиях снижения промышленного производства, резкого удорожания стоимости и уменьшения объемов нового строительства главным резервом экономии материальных и трудовых ресурсов в строительстве становится продление сроков службы существующих зданий и сооружений. Долговечность зданий и сооружений определяется комплексом вопросов, связанных с качеством строительных материалов, изделий и конструкций, проектных решений, строительно-монтажных работ, условиями эксплуатации объектов.

Если в области контроля качества строительной продукции, строительно-монтажных работ и проектных решений, то есть в той сфере, которая обеспечивает начальную надежность зданий, в республике функционируют специальные службы, то в области эксплуатации зданий и сооружений, освидетельствования и усиления конструкций при реконструкции и аварийных ситуациях, накопления и анализа причин аварий и методов ликвидации предаварийных состояний конструкций, в вопросах консервации недостроенных объектов, оценки степени износа зданий и сооружений при определении их стоимости такие службы отсутствуют.

Недостаточность законодательной и нормативной базы порождает большое количество необоснованных решений в области реконструкции, повышения надежности и долговечности объектов, что приводит порой к большим экономическим потерям и непроизводительным затратам, нанося значительный материальный и социальный ущерб обществу.

С учетом изложенных обстоятельств в Республике Беларусь, в рамках Программы технического нормирования и стандартизации, разрабатываются строительные нормы Республики Беларусь, содержащие обязательные технические и санитарно-гигиенические требования для объектов любого назначения и формы собственности, которые являются общенародным достоянием.

В них приведены группы требований, которые определяют соответствующие потребительские качества, - группа требований безопасности людей, технического оборудования, материальных ценностей и окружающей среды, группа требований нормального функционирования технологического процесса и т.д.

Усиление железобетонных конструкций, как правило, связано с изменением их расчетной схемы и напряженного состояния, объединением в одной конструкции материалов разного возраста, обладающих различными физико-механическими и геологическими свойствами, перераспределением усилий в сечениях конструкций.

Существующие методы расчета часто не позволяют учесть с требуемой точностью фактическое напряженно-деформированное состояние конструкции при усилении, историю ее работы, дефекты и повреждения.

В действующих нормативных документах в области расчета и проектирования железобетонных конструкций до настоящего времени не уделялось должного внимания вопросам оценки состояния и проектирования усиления эксплуатируемых конструкций. Имеющиеся многочисленные рекомендательные документы посвящены в основном конструированию усиления железобетонных конструкций, в них отсутствует единый подход к расчету.

Дополнение действующих СНиП 2.03.01-84* главой 6* "Указания по расчету и конструированию железобетонных конструкций при реконструкции зданий и сооружений" позволило снять ряд вопросов в этом направлении и положило начало созданию нормативной базы по оценке состояния и проектированию усиления эксплуатируемых железобетонных конструкций.

В Республике Беларусь предпринята попытка исправить положение дел в области оценки состояния и проектирования усиления железобетонных конструкций эксплуатируемых строительных сооружений. В 1999 году Министерством архитектуры и строительства утверждено Пособие к СНиП 2.01.01-84* "Усиление железобетонных конструкций".

Цели и задачи, решаемые при разработке Пособия: повышение надежности и долговечности эксплуатируемых железобетонных конструкций; учет современных методов оценки технического состояния и надежности эксплуатируемых железобетонных конструкций; классификация известных методов усиления железобетонных конструкций; разработка методов расчета усиления конструкций с позиций теории надежности; унификация требований к усиленным железобетонным конструкциям; гармонизация норм Республики Беларусь с межгосударственными и зарубежными нормами и стандартами.

Настоящий нормативный документ разработан в соответствии с новой системой нормативных документов в строительстве СНБ 1.01.01-93. Согласно этой системе пособие разрабатывается в развитие строительных норм и определит пути достижения установленных в них требований, детализирует их отдельные положения, содержит примеры и алгоритмы расчетов, вспомогательные и справочные материалы, необходимые для проектирования и выполнения усиления железобетонных конструкций.

Пособие "Усиление железобетонных конструкций" содержит введение, 8 разделов и 5 приложений, обобщает многолетний опыт специалистов Республики Беларусь по данному направлению.

При восстановлении и усилении поврежденных зданий и сооружений применяется комплексный подход, включая усиление надземных конструкций (напрягаемые бандажи, обоймы из прокатных профилей и др.), пересадка на дополнительные фундаментные конструкции (преимущественно на буронабивные или буроинъекционные сваи), цементационное буроинъекционное упрочнение грунтов оснований под подошвами фундаментов и на глубине, а также их нагельное армирование.

Предотвращению возникновения вредных влияний на существующие строения при производстве горных работ или динамических сотрясений от забивки свай и шпунта способствует применение так называемых "отсечных конструкций" из одного или нескольких рядов свай либо из траншейных стен (метод "стена в грунте"), базирующихся на принципе создания искусственной анизотропии в грунтовой среде. Использование в составе заполнения скважин и траншей легкосжимаемых упругих материалов позволяет создавать также экраны для борьбы с шумом и вибрацией на смежные сооружения.

Основной упор делается на предотвращение возможных отрицательных последствий природных стихийных бедствий или чрезвычайных ситуаций, а также охрану окружающей среды за счет принятия соответствующих геотехнических мероприятий. Разработано большое количество нормативных документов: СНБ 1.02.01-96 "Инженерные изыскания для строительства", СНБ 2.03.01-98 "Геофизика опасных природных воздействий", СТБ 943-93 "Грунты. Классификация", СТБ (проект) "Составление и оформление документации инженерно-геодезических испытаний. Основные требования", Пособие (проект) "Инженерно-геологические изыскания для строительства" к СНБ 1.02.01 -96, Пособие (проект) "Инженерно-геологические изыскания для строительства" к СНБ 1.02.01-96, РДС "Порядок организации геологоразведочных работ в строительном комплексе", СНБ 5.01.01-99 "Основания и фундаменты зданий и сооружений", Пособие 1-93 "Проектирование и устройство буроинъекционных анкеров и свай" к СНиП 2.02.03-85, Пособие 2-95 "Проектирование и устройство фундаментов из свай набивных с уплотненным основанием" к СНиП 2.02.03-85, Пособие П1-97 "Проектирование и уплотнение грунтов оснований зданий и сооружений тяжелыми трамбовками" к СНиП 2.02.01-83, Пособие (проект) "Проектирование и устройство земляных сооружений и конструкций из армированного грунта" к СНБ 5.01.01-99, Пособие (проект) "Проектирование и производство работ по геотехническим реконструкциям оснований и фундаментов зданий и сооружений" к СНБ 5.01.01-99, Пособие (проект) "Защита подземных сооружений от подземных вод (гидроизоляция и дренажи)" к СНБ 5.01.01-99, Пособие (проект) "Проектирование забивных и набивных свай по результатам статического зондирования грунтов" к СНБ 5.01.01-99, Пособие (проект) "Проектирование оснований и фундаментов в пучинистых при промерзании грунтах" к СНБ 5.01.01-99, Пособие (проект) "Контроль степени уплотнения грунтов при возведении земляных сооружений" к СНБ 5.01.01-99, СТБ "Основания и фундаменты зданий и сооружений. Свайные работы. Контроль и приемка работ", СТБ "Основания и фундаменты зданий и сооружений. Намывные и насыпные основания. Контроль и приемка работ", Пособие (проект) "Проектирование и устройство подпорных стен и креплений котлованов" к СНБ 5.01.01-99, Пособие (проект) "Проектирование и устройство буронабивных свай" к СНБ 5.01.01-99, Пособие (проект) "Проектирование и устройство фундаментов машин с динамическими нагрузками" к СНБ 5.01.01-99, Пособие (проект) "Упрочнение грунтовых оснований методом интенсивного динамического уплотнения. Проектирование и производство работ" к СНБ 5.01.01-99, Пособие (проект) "Проектирование и устройство свайных и траншейных стен к СНБ 5.01.01-99, Пособие (проект) "Автоматизированные системы проектирования оптимальных фундаментов мелкого заложения на уплотненном основании" к СНБ 5.01.01-99, Пособие (проект) "Проектирование оснований и фундаментов под мосты и трубы".

В Республике Беларусь накоплен богатый опыт проектирования и строительства по усилению и восстановлению поврежденных зданий и сооружений, а также их реконструкции. Как отмечалось выше, основной упор делается на предотвращение аварийных ситуаций. Значительное место занимают объекты Минского метрополитена и объектов вдоль обеих его линий.

В большинстве случаев требуемые обследования аварийных ситуаций, научное руководство проектированием и ремонтно-восстановительными работами осуществляют ведущие специалисты Белорусской государственной политехнической академии, научно-исследовательского и экспериментально-проектного государственного предприятия "Институт БелНИИС", государственного предприятия "Научно-исследовательский и проектно-технологический институт "Стройиндустрия" и др. Результаты их научных исследований находят отражение в собственных разработках и в проектных решениях "Белпроекта", "Белпромпроекта", "Минскпроекта", "Минскметропроекта" и других организаций.

При производстве усилительно-восстановительных работ, сохранении исторических и архитектурных памятников, инженерной защите оползневых территорий, а также решении проблем охраны окружающей среды находят широкое применение новые геотехнические методы и технологии: метод "стена в грунте" (свайные и траншейные стены), буроинъекционные анкеры и сваи, цементационное упрочнение грунтов, их армирование и дренирование. Эти технологии освоены и успешно используются трестом №15 "Спецстрой", "Минскметростроем", Минским филиалом АО "ВИЗБАС", предприятием "Анкер", ПКФ "Спецстройпроект" и НПП "Фундаменты", НПП "ОптиоСтрой".

За последнее десятилетие в Республике Беларусь были проведены уникальные работы по восстановлению аварийных конструкций зданий и сооружений. Представляем краткую информацию только по отдельным из них, как наиболее важным.

1. Исследование причины образования трещин в железобетонных конструкциях сборно-монолитной оболочки покрытия 103х103 м крытого рынка в г. Минске. Исследованы причины снижения эксплуатационной надежности оболочки - это нарушение геометрии толщины полок сборных аглопоритобетонных плит 3х12 м и крайне плохая кровля. Участки оболочки были усилены и выполнена современная кровля типа Сипласт.

2. При возведении в 50-е годы шедовых железобетонных оболочек покрытия 24х12 м Минского камвольного комбината произошла крупная авария - обрушение 8 оболочек. К сожалению, причины аварии не были до конца исследованы. В 1997 г. появились признаки разрушения монолитной оболочки одного из 144 шедов. Оперативно выполненная подстраховка, которая в дальнейшем была использована как опалубка новой оболочки, и выяснение причин отказа и возникновения аварийной ситуации позволили разработать проект усиления оболочек шедов и предотвратить их разрушение.

3. В сборно-монолитных многоэтажных зданиях, построенных в 70-80 гг. в ряде городов Республики Беларусь, с наружными самонесущими керамзитобетонными стенами, сборными дисками перекрытий из многопустотных плит и несущими монолитными железобетонными внутренними стенами, были обнаружены в процессе эксплуатации многочисленные трещины.

Особенно интенсивно трещины развивались на верхних этажах в зоне сопряжения наружных керамзитобетонных стен с внутренними железобетонными несущими стенами. Ширина раскрытия этих трещин достигала 5-10 мм, и они были вызваны неучетом разности деформации материала несущих и ограждающих стен. Выполненные мероприятия по усилению конструкций позволили сохранить эксплуатационные качества жилых домов.

4. При реконструкции здания ресторана "Журавинка" в г. Минске произошло обрушение двух перекрытий, вызванное их перегрузкой в процессе текущих ремонтов, а также нарушениями, связанными с отступлениями от проекта производства работ. Экономический анализ показал нецелесообразность выполнения большого объема достаточно сложных усилений и было принято решение о полном сносе здания и строительстве на этом месте нового здания ресторана в современных конструкциях.

5. В результате активизации современных оползневых очагов на территории санатория "Белоруссия" в Мисхоре на ЮБК (в пределах древнего оползневого массива "Горное солнце" в 1990 г. возникло разрушение детского лечебного корпуса. Под угрозой разрушения оказались многие из корпусов санатория. Факторами активизации оползней послужили фильтрационные силы при насыщении водой толщ осадочных отложений над скальными массивами в результате хозяйственной деятельности, от нерегулируемых подземных водных потоков, сейсмические воздействия и др. Выполнены заанкерные подпорные стены и ростверки вместо трехрядных свайных ростверков, работающих на излом.

6. Развитие оползня привело к разрушению в процессе строительства в г. Шарковщина двухэтажного здания филиала "Беларусбанка" с фундаментами из забивных 4-5-метровых свай. Оползень активизировался в связи с динамическими воздействиями на расположенные под несущей толщей грунта наклонные в сторону реки слои ила, которые не были пройдены разведочными скважинами при исходных изысканиях, а выявлены только при последующем бурении более глубоких скважин. Проведен демонтаж здания.

7. Недооценка воздействия гидродинамических (фильтрационных) сил на подземные части заглубленных в грунт сооружений (несовершенство ранее действовавших нормативных документов, в которых отсутствовали конкретные рекомендации по учету таких сил, а также неверно определялось боковое давление грунта в покое на несмещаемые ограждения котлованов), в сочетании с неправильными методами водоотлива при производстве работ послужили причинами обрушения траншейных стен в составе ограждающих конструкций из траншейных стен на КДВУ возле Кальварийского кладбища на второй линии Минского метро, заанкеренной подпорной стенки возводившегося многоэтажного здания гаражей АО "Атлант" по переулку Ольшевского в Минске, а также весьма крупной аварии циркуляционной насосной станции ТЭЦ-5 в г. Руденске.

В зависимости от условий на указанных объектах выполнены следующие мероприятия. Восстановлены стены с учетом образовавшегося оползня, забит металлический шпунт, устроена обратная засыпка пазух с использованием песчано-цементных смесей (расход цемента до 5%), что позволило снизить боковое давление.

Наиболее распространенные деформации зданий и сооружений проявляются вследствие неравномерной сжимаемости грунтов основания (напластования и линзы слабых пылевато-глинистых, рыхлых песчаных заторфованных и торфов, а также различной мощности насыпных толщ). Большие неприятности бывают связаны с неучтенной ролью верховодки и утечек из подземных коммуникаций, а также с горными работами вблизи существующих зданий.

В процессе внедрения новых методов и технологии восстановления зданий и сооружений основной проблемой является отсутствие эффективных долговечных отечественных ремонтных материалов, высокая цена импортных материалов и соответствующего оборудования. Особенно это относится к зданиям, поврежденным воздействиями агрессивных сред. Необходимо усилить координацию работ по обсуждаемым проблемам, разработать соответствующую программу, устраивать ежегодные координационные совещания, издавать информационные материалы, в которых представлять передовой опыт стран СНГ, обобщение и анализ всех аспектов рассматриваемых проблем.

Для повышения эффективности и координации совместной деятельности стран СНГ по организации работ в деле ликвидации последствий стихийных бедствий и особенно их предотвращения можно также рекомендовать следующее: выполнить обобщение имеющихся данных в соответствующих регионах об опасных инженерно-геологических, инженерно-сейсмологических и других процессах, в особенности в зонах наиболее интенсивной застройки; на основе этих данных составить соответствующие карты, которые бы использовались в градостроительных целях и учитывались при назначении более углубленных изысканий для новых объектов; на межправительственной основе сформировать творческие коллективы наиболее компетентных специалистов (изыскателей, проектировщиков, строителей, научных работников) для выработки основополагающих принципов при разработке мероприятий по предотвращению и ликвидации последствий стихийных бедствий; решать вопросы о производстве специализированных механизмов и оборудования для выполнения изысканий, полевых и лабораторных исследований свойств грунтов (в том числе экспресс-методами), осуществления геотехнических работ по устройству фундаментов глубокого заложения, упрочнению грунтов, исходя из требований экономии средств, материалов и энергоресурсов, а также охраны окружающей среды.

Особое внимание уделить высоконапорной струйной технологии, взрывоимпульсной и рукавно-торовым, внедрению новых эффективных строительных материалов (в том числе на базе местного сырья) и конструкций; изучать, обобщать и использовать передовой зарубежный опыт и более оперативно внедрять новые отечественные разработки, для чего регулярно проводить международные форумы с приглашением специалистов стран СНГ и дальнего зарубежья и обсуждением актуальных проблем.

Чаще осуществлять обмен специалистами и вести целенаправленную подготовку специалистов по соответствующим направлениям; решать вопросы приоритетного финансирования при льготном налогообложении научных исследований и разработок нормативно-технических документов; издать сборник с обобщением имеющейся информации об авариях и разрушениях вследствие стихийных бедствий в странах СНГ и дальнем зарубежье, а также о наиболее эффективных из применяемых мер по их предотвращению и ликвидации.

Эдуард БУЛАТ, заместитель начальника главного управления строительной науки и нормативов Минстройархитектуры,Тимофей ПЕЦОЛЬД, д.т.н., профессор БГПА,Михаил НИКИТЕНКО, к.т.н., доцент БГПА,Владимир КАЗАЧЕК, к.т.н., доцент БГПА