Особенности проектирования и мониторинг фундаментов сооружений повышенной ответственности
Сообщение, сделанное заведующим лабораторией конструкций фундаментов РУП "Институт "БелНИИС" кандидатом технических наук Владимиром Кравцовым на научно-техническом семинаре "Прогрессивные конструкции фундаментов в грунтовых условиях Беларуси".
Распад СССР и новая экономическая политика, которая начала проводиться на постсоветском пространстве, обусловили резкое увеличение востребованности навыков строительства в неординарных условиях — в частности, высотного строительства. К сожалению, нормативная литература, регламентирующая степени ответственности этих сооружений, работа над которой была поручена Белпроекту, до сих пор не вышла. Согласно же письму Минстройархитектуры Беларуси, к таким зданиям следует относить в сфере жилищного строительства дома повышенной этажности (высотой до 75 м), а в сфере промышленного и гражданского строительства — здания и сооружения, испытывающие большие комбинированные нагрузки (в частности, имеющие пролеты длиной более 100 м) и имеющие большое социально-экономическое значение в национальном масштабе. Сюда же должны быть отнесены уникальные объекты высотного строительства (высотой более 100 м), а также такие ответственные объекты , как проектируемые в настоящее время белорусская АЭС и пункты захоронения отходов ее эксплуатации. Все сооружения повышенной значимости характеризуют большие величины испытываемых ими нагрузок. Белорусский опыт проектирования и строительства ограничивается пока десятками тысяч килоньютонов, зарубежный же позволяет говорить о сотнях тысяч килоньютонов передаваемых на фундаменты нагрузок. Помимо всего прочего, все эти сооружения, как правило, возводятся в очень сложных инженерно-геологических условиях. Во-первых, существующее законодательство запрещает (в лучшем случае резко ограничивает) новое строительство на хороших землях, во-вторых, крупные социально значимые объекты возводятся чаще всего в больших городах в условиях крайнего стеснения городской застройки. Чаще всего свободные территории под новое строительство представляют собой неудобья вроде свалок и речных пойм, ранее в подобных целях не использовавшиеся. Поэтому вышеназванные нагрузки на основания вызывают дополнительные сложности при проектировании и возведении подобных объектов. В процессе их строительства в грунте по периметру стройплощадки возникает род осадочной воронки, по-научному называемой мульдой. Радиус такой воронки составляет не менее глубины сжимаемой зоны (25-50 м). Если в эту зону попадает существующая застройка, имеют место дополнительные осадки, которые обязательно следует учитывать. Учитывать же их довольно сложно, поскольку они зависят и от конструкций существующих зданий и сооружений, и от их состояния на данный момент, и от инженерно-геологических условий стройплощадки.
Разумеется, сегодня во всем мире строительство зданий повышенной ответственности осуществляется по самым современным технологиям, обеспечивающим будущую надежность объектов, безопасность их строительства и эксплуатации, уменьшение деформативности оснований. Для строительства таких объектов на постсоветских территориях используется западная техника, сегодня в большом количестве присутствующая на постсоветских рынках (Bauer, Casagrande, Kato). Данная техника позволяет изготавливать большое количество свайных фундаментов, в частности, тех же известных еще по советской практике буронабивных, но теперь они высокотехнологичны в духе сегодняшнего дня по своему замыслу и исполнению. Широко используются такие технологии, как "стена в грунте" и струйная технология. Поэтому сегодня на постсоветском — в частности, на белорусском — рынке фигурирует немало специализированных подрядных фирм (как западных, так и СП), предлагающих и необходимую технику, и соответствующие технологии. Все это очень сильно различается по качеству и цене, заказчику проектирования и строительства объекта повышенной ответственности, в частности, фундамента под этот объект, все чаще трудно сделать верный выбор.
Поэтому на участвующих в данном семинаре специалистов ложится ответственная задача обеспечения правильности такого выбора. Действующие сегодня в Беларуси СНБ и создаваемые на их основе ТКП не отражают в полной мере всей гаммы вопросов, накопившихся в области проектирования и строительства объектов повышенной ответственности — в частности, их фундаментов. В этих документах изложены лишь общие принципы проектирования таких сооружений. Уточнение нормативной базы есть дело, опять-таки, заинтересованных специалистов. Накопленный специалистами отдела оснований и фундаментов БелНИИС опыт проектирования и строительства в стесненных условиях позволяет свидетельствовать о множестве случаев пагубного воздействия на примыкающие здания неаккуратного применения вибротехники, неверного выбора методики рытья котлована, крепления его стен. С учетом вышеизложенного отныне при проектировании фундаментов объектов повышенной ответственности приходится учитывать не только все то, что традиционно учитывалось при работе над соответствующими разделами проектов, но и возможность возникновения случайных и катастрофических ситуаций (прогрессирующее обрушение, возможные ошибки и некачественное ведение работ, а также сейсмические факторы, которые сегодня учитываются во всем мире, для какого региона планеты ни проектируется небоскреб). К сожалению, сегодня природная геодинамика все в большей степени усиливается техногенной.
Итак, что же ни в коем случае не должно быть упущено при проектировании объекта повышенной ответственности? Во-первых, обязательно предпроектное обследование не только собственно площадки строительства, но и примыкающих к ней существующих зданий и сооружений, с разработкой и принятием превентивных мер по усилению всего, что вызывает вопросы и опасения. Во-вторых, проектированию такого объекта должны обязательно предшествовать геотехнический прогноз и экспертиза проектно-изыскательских работ и самой стройплощадки. На основании проведенной экспертизы необходимо давать прогноз развития на данной стройплощадке всех возможных неблагоприятных явлений включая появление и исчезновение подземных вод, воздействие геодинамики и применение тех или иных технологий строительства. В-третьих, необходимо моделировать наиболее опасные ситуации на стадии проектирования включая проект организации и производства работ. В-четвертых, необходимо выполнять расчет по предельным состояниям системы "основание — фундамент — наземная конструкция". Данный расчет должен производиться не менее чем двумя организациями не менее чем по двум расчетным схемам, моделям оснований (слой конечной толщины, модели с переменным коэффициентом постели). При этом одна из этих организаций обязательно должна быть генпроектной, а вторая — независимой научно-исследовательской, имеющей лицензию на данный вид работы. Разумеется, за расчетные следует принимать наиболее критические результаты. В-пятых, в случае проектирования объекта повышенной ответственности в стесненной зоне такой проект должен обязательно иметь раздел по оценке состояния примыкающих зданий и сооружений и проектированию их усиления, если таковое требуется. В-шестых, геотехническое обоснование должно иметь раздел мониторинга этих зданий и сооружений, в котором были бы обоснованы затраты на проведение такого мониторинга и научно-техническое сопровождение этих работ (точнее, первое автоматически включает второе). При этом важно не путать авторский надзор, осуществляемый генпроектировщиком, и научно-техническое сопровождение, осуществляемое независимой научно-технической организацией.
В настоящее время выходят три подготовленных специалистами БелНИИС типовых кодекса проектирования: по плитным фундаментам, высотному строительству и кодекс, разработанный на замену СНБ 5.01.01 "Основания и фундаменты". В эти ТКП вошли требования, изложенные в данном сообщении.
Распад СССР и новая экономическая политика, которая начала проводиться на постсоветском пространстве, обусловили резкое увеличение востребованности навыков строительства в неординарных условиях — в частности, высотного строительства. К сожалению, нормативная литература, регламентирующая степени ответственности этих сооружений, работа над которой была поручена Белпроекту, до сих пор не вышла. Согласно же письму Минстройархитектуры Беларуси, к таким зданиям следует относить в сфере жилищного строительства дома повышенной этажности (высотой до 75 м), а в сфере промышленного и гражданского строительства — здания и сооружения, испытывающие большие комбинированные нагрузки (в частности, имеющие пролеты длиной более 100 м) и имеющие большое социально-экономическое значение в национальном масштабе. Сюда же должны быть отнесены уникальные объекты высотного строительства (высотой более 100 м), а также такие ответственные объекты , как проектируемые в настоящее время белорусская АЭС и пункты захоронения отходов ее эксплуатации. Все сооружения повышенной значимости характеризуют большие величины испытываемых ими нагрузок. Белорусский опыт проектирования и строительства ограничивается пока десятками тысяч килоньютонов, зарубежный же позволяет говорить о сотнях тысяч килоньютонов передаваемых на фундаменты нагрузок. Помимо всего прочего, все эти сооружения, как правило, возводятся в очень сложных инженерно-геологических условиях. Во-первых, существующее законодательство запрещает (в лучшем случае резко ограничивает) новое строительство на хороших землях, во-вторых, крупные социально значимые объекты возводятся чаще всего в больших городах в условиях крайнего стеснения городской застройки. Чаще всего свободные территории под новое строительство представляют собой неудобья вроде свалок и речных пойм, ранее в подобных целях не использовавшиеся. Поэтому вышеназванные нагрузки на основания вызывают дополнительные сложности при проектировании и возведении подобных объектов. В процессе их строительства в грунте по периметру стройплощадки возникает род осадочной воронки, по-научному называемой мульдой. Радиус такой воронки составляет не менее глубины сжимаемой зоны (25-50 м). Если в эту зону попадает существующая застройка, имеют место дополнительные осадки, которые обязательно следует учитывать. Учитывать же их довольно сложно, поскольку они зависят и от конструкций существующих зданий и сооружений, и от их состояния на данный момент, и от инженерно-геологических условий стройплощадки.
Разумеется, сегодня во всем мире строительство зданий повышенной ответственности осуществляется по самым современным технологиям, обеспечивающим будущую надежность объектов, безопасность их строительства и эксплуатации, уменьшение деформативности оснований. Для строительства таких объектов на постсоветских территориях используется западная техника, сегодня в большом количестве присутствующая на постсоветских рынках (Bauer, Casagrande, Kato). Данная техника позволяет изготавливать большое количество свайных фундаментов, в частности, тех же известных еще по советской практике буронабивных, но теперь они высокотехнологичны в духе сегодняшнего дня по своему замыслу и исполнению. Широко используются такие технологии, как "стена в грунте" и струйная технология. Поэтому сегодня на постсоветском — в частности, на белорусском — рынке фигурирует немало специализированных подрядных фирм (как западных, так и СП), предлагающих и необходимую технику, и соответствующие технологии. Все это очень сильно различается по качеству и цене, заказчику проектирования и строительства объекта повышенной ответственности, в частности, фундамента под этот объект, все чаще трудно сделать верный выбор.
Поэтому на участвующих в данном семинаре специалистов ложится ответственная задача обеспечения правильности такого выбора. Действующие сегодня в Беларуси СНБ и создаваемые на их основе ТКП не отражают в полной мере всей гаммы вопросов, накопившихся в области проектирования и строительства объектов повышенной ответственности — в частности, их фундаментов. В этих документах изложены лишь общие принципы проектирования таких сооружений. Уточнение нормативной базы есть дело, опять-таки, заинтересованных специалистов. Накопленный специалистами отдела оснований и фундаментов БелНИИС опыт проектирования и строительства в стесненных условиях позволяет свидетельствовать о множестве случаев пагубного воздействия на примыкающие здания неаккуратного применения вибротехники, неверного выбора методики рытья котлована, крепления его стен. С учетом вышеизложенного отныне при проектировании фундаментов объектов повышенной ответственности приходится учитывать не только все то, что традиционно учитывалось при работе над соответствующими разделами проектов, но и возможность возникновения случайных и катастрофических ситуаций (прогрессирующее обрушение, возможные ошибки и некачественное ведение работ, а также сейсмические факторы, которые сегодня учитываются во всем мире, для какого региона планеты ни проектируется небоскреб). К сожалению, сегодня природная геодинамика все в большей степени усиливается техногенной.
Итак, что же ни в коем случае не должно быть упущено при проектировании объекта повышенной ответственности? Во-первых, обязательно предпроектное обследование не только собственно площадки строительства, но и примыкающих к ней существующих зданий и сооружений, с разработкой и принятием превентивных мер по усилению всего, что вызывает вопросы и опасения. Во-вторых, проектированию такого объекта должны обязательно предшествовать геотехнический прогноз и экспертиза проектно-изыскательских работ и самой стройплощадки. На основании проведенной экспертизы необходимо давать прогноз развития на данной стройплощадке всех возможных неблагоприятных явлений включая появление и исчезновение подземных вод, воздействие геодинамики и применение тех или иных технологий строительства. В-третьих, необходимо моделировать наиболее опасные ситуации на стадии проектирования включая проект организации и производства работ. В-четвертых, необходимо выполнять расчет по предельным состояниям системы "основание — фундамент — наземная конструкция". Данный расчет должен производиться не менее чем двумя организациями не менее чем по двум расчетным схемам, моделям оснований (слой конечной толщины, модели с переменным коэффициентом постели). При этом одна из этих организаций обязательно должна быть генпроектной, а вторая — независимой научно-исследовательской, имеющей лицензию на данный вид работы. Разумеется, за расчетные следует принимать наиболее критические результаты. В-пятых, в случае проектирования объекта повышенной ответственности в стесненной зоне такой проект должен обязательно иметь раздел по оценке состояния примыкающих зданий и сооружений и проектированию их усиления, если таковое требуется. В-шестых, геотехническое обоснование должно иметь раздел мониторинга этих зданий и сооружений, в котором были бы обоснованы затраты на проведение такого мониторинга и научно-техническое сопровождение этих работ (точнее, первое автоматически включает второе). При этом важно не путать авторский надзор, осуществляемый генпроектировщиком, и научно-техническое сопровождение, осуществляемое независимой научно-технической организацией.
В настоящее время выходят три подготовленных специалистами БелНИИС типовых кодекса проектирования: по плитным фундаментам, высотному строительству и кодекс, разработанный на замену СНБ 5.01.01 "Основания и фундаменты". В эти ТКП вошли требования, изложенные в данном сообщении.
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 39 за 2008 год в рубрике материалы и технологии
