Строительство и городское хозяйство в Санкт-Петербурге и Ленинградской области
№ 73 октябрь 2004
новости фирм
информация об издании
инвестиции
тендеры
крупные строительные объекты
каталог строительных объектов
информационные статьи
лидеры строительного рынка
полезные ссылки
подписка на журнал
Энергосбережение
Морской бизнес

Фундаменты реконструируемых зданий Санкт-Петербурга

В этой статье затронуты некоторые вопросы, связанные с проблемой усиления и реконструкции фундаментов существующих и вновь возводимых зданий. Интереснейший исторический экскурс предваряет серьезные практические и теоретические выкладки и рекомендации, наработанные сотрудниками ООО «ПЕТЕР-ГИБ» и кафедры геотехники СПбГАСУ.

Генеральный директор С. Н. Сотников Фундаменты зданий – строительные конструкции, расположенные в толще грунтов, – защищены от прямых атмосферных и иных воздействий внешней среды, они могут сохраняться веками даже после исчезновения надземных объемов зданий. Сказанное не означает, что фундаменты всегда долговечнее наземных конструкций зданий. В определенных условиях, обусловленных климатом, особенностями геологической среды, техногенными воздействиями, фундаменты получают опасный износ в относительно короткие сроки, а грунты оснований – деформации, приводящие к аварии.
В стенах и сводах перекрытий зданий появляются трещины, постройки могут получать крен, перекос и прогиб, может возникнуть обрушение здания в целом или его отдельной части. В этих случаях возникает особая проблема – усиления фундаментов и оснований. В полной мере сказанное относится и к историческому ядру Санкт-Петербурга, и даже к «спальным» районам города.
Важное место в этой области строительства занимают геотехнические проблемы, т. е. вопросы усиления и реконструкции оснований и фундаментов.

Что необходимо предпринимать для правильного диагностирования состояния подземных конструкций?

При оценке технического состояния зданий необходим комплексный подход к разрешению задачи. Это означает, что требуется объективная оценка не только видимых частей зданий (стен, перекрытий, лестничных клеток), но и скрытых, прежде всего фундаментов, конструкций подземных объемов зданий (стен подвалов, сводов и арок, гидроизоляции, дренажных устройств). Пренебрежение этой информацией приводит к тяжелым последствиям, непредвиденным расходам.
Например, жилой дом на 8-й Советской улице несколько лет назад был приватизирован и подвергся глубокой и дорогостоящей реконструкции. Однако состояние фундаментов и, главное, строение основания в проекте реконструкции не рассматривались. Старые трещины в стенах были расшиты, в помещениях выполнена дорогостоящая отделка, здание сдано в эксплуатацию. По прошествии трех лет в стенах раскрылись трещины, поскольку под зданием залегает слой торфа переменной толщины, а под фундаментами – полусгнившие бревна-лежни. Для устранения возникших неполадок потребуется дорогостоящая реконструкция фундаментов, состоящая в пересадке здания на сваи.

О чем умалчивает история и проектная документация?

Как правило, информация о конструкции фундаментов, и тем более об их техническом состоянии, в исторических чертежах отсутствует. Архитекторы прошлых столетий, за редким исключением, фундаменты на чертежах не изображали.
Назначение конструкции, материалов, основных размеров фундаментов было прерогативой подрядчика, который опирался на вековую традицию, собственный опыт. Качество фундаментов во многом зависело от порядочности подрядчика, от его профессионализма. Тип фундамента определялся массой здания, грунтовыми условиями площадки, о которой не всегда имелась достаточная информация, набором местных материалов.

В связи с указанным следует отметить два момента:
– Необходимая информация может быть получена посредством вскрытия фундаментов шурфами, выполнением обмеров, испытаний материалов и грунта несущего слоя. Результаты обследований представляются в форме поперечных разрезов фундаментов всех несущих стен и колонн здания, дается оценка величины расчетного сопротивления основания, которая сопоставляется с фактическим давлением на грунт.
– В центральных районах города с поверхности до глубин около 20 м повсеместно залегают слабые грунты (текучие глины и суглинки, рыхлые водонасыщенные пески, отрытые и погребенные торфы, техногенные грунты (свалки, отвалы зол и других отходов производств). Плотные грунты: морена, суглинок с валунами и коренные глины – залегают глубже 20 м, а местами (например, в береговой зоне Васильевского острова) глубже 50 м.

Достоверно известно...

По указанным причинам до 60-х годов ХХ века обеспечить зданиям безосадочное основание было технически невозможно, поскольку деревянные сваи не могли быть длиннее 12 м.
Пример Исаакиевского собора подтверждает сказанное. Известно, что это здание, размерами в плане примерно 100х100 м, имеющее массу около
3 000 000 кН, построено на фундаменте, в составе которого 24 000 деревянных свай и сплошная плита из природного камня, заглубленная в грунт на 5 м.

Затраты на этот фундамент были весьма велики: по смете, имеющейся в архиве, они составили 10% затрат (2 млн рублей серебром). Несмотря на это, осадка здания превысила 1 м, разность осадки, выразившаяся в форме крена полов здания, достигла почти 40 см.
Износу подземных конструкций зданий способствовали и такие факторы, как неуправляемый рост культурного слоя, высокий уровень грунтовых вод и силы морозного пучения грунтов, вибрации, вызванные транспортными нагрузками, строительством, промышленностью.

Первые 100–120 лет со дня основания города фундаменты «казенных» зданий строились особенно тщательно. В траншеи, окопанные под ленточные фундаменты несущих стен, забивались деревянные сваи, поверх которых выполнялась кладка фундаментов. Именно так были построены фундаменты стен Петропавловской крепости, Петропавловского собора, Ростральных колонн, Александровской колонны, Исаакиевского собора, многих других.
Некоторые здания (пример – Зимний дворец, Новый Эрмитаж) были построены на сплошных плитах...

Во второй половине XIX века появились доходные дома, этажность которых от десятилетия к десятилетию возрастала и достигла в начале XX века 7 этажей. При этом качество фундаментов стало заметно хуже, допускались многочисленные отступления от прежней традиции, от «Устава строительного Российской империи», от здравого смысла.

На рисунках представлены разрезы весьма надежного фундамента дома Лобанова-Ростовского, фундамента доходного дома № 47 по Моховой ул., фундамента Большого Гостиного двора (БГД).
Первый из них (рис. 1), несмотря на плохие условия эксплуатации в ХХ веке, прекрасно сохранился до наших дней: в стенах нет деформационных трещин, несмотря на сложную форму здания в плане и отсутствие осадочных швов.

Рис. 1. Разрез фундамента несущей фасадной стены дома Лобанова-Ростовского (Вознесенский пр., 1) – пример высоконадежного фундамента, обеспечившего нормальные условия эксплуатации здания в течение 180 лет (фото в шурфе – вскрытие 2000 г.).

Второе здание (рис. 2) было дважды надстроено, фундаменты (до революции) были уширены «прикладом», причем весьма неумело. Результат – интенсивный износ конструкций, трещины в стенах, здание требует капитального ремонта, фундаменты – усиления. Современное техническое состояние здания из-за деформаций основания не удовлетворяет требованиям, дом подлежит капитальному ремонту.

Рис. 2. Разрез фундамента дважды надстроенного доходного дома № 47 по Моховой ул., усиленный «прикладом» известняковым камнем без перевязки – пример фундамента неудовлетворительного качества.

Особенно плохо были выполнены фундаменты БГД, буквально из подручных материалов. Рис. 3 демонстрирует, что в составе фундамента, обследованного нами в 1998 г., – бревна, валуны, плиты известняка, кирпич. Высотная съемка показала, что стена здания по Перинной линии имеет разность осадки около 0,5 м.

Рис. 3. Фундамент несущей поперечной стены здания Большого Гостиного двора (Перинная линия): а) разрез; б) фото в шурфе (вскрытие 1998 г.)

В технической печати эти сведения отражения не нашли...
За последние 50 лет в городе случались геотехнические аварии, которые не получили освещения в технической печати. Поэтому одни и те же ошибки изысканий, проектов и технологии повторялись.

Практика позволяет выделить следующие главные ситуации, в которых в Санкт-Петербурге возможно возникновение аварий фундаментов, следовательно, и зданий:
а) период окончания строительства, когда при быстром возрастании нагрузки на основание сказываются технологические нарушения работ в котлованах, что может приводить к кренам, перекосам стен, потере устойчивости грунтов;
б) строительство подземных сооружений вблизи зданий (метрополитен, тоннельные коллекторы сточных вод, гаражи и бомбоубежища, подземные переходы, автотоннели);
в) строительство новых зданий возле существующих;
г) надстройка зданий новыми этажами;
д) углубление подвалов;
е) опасное развитие неравномерной осадки основания;
ж) прорывы коммуникаций (водоводов) с размывом грунтов основания.

Признаны аварийными

Приведем примеры. В 1973 г. при завершении строительства 6-этажного дома в г. Пушкине возник выпор грунта из-под подошвы фундаментов в подвал; здание просело на 120 см за 2 месяца, получило повреждения и было разобрано.
Анализ причин показал, что котлован, окопанный на проектную глубину 2 м, был открыт два года. За это время существенно изменились свойства грунта, и принятые в проекте размеры подошвы фундаментов несущих стен оказались не достаточными.

В 1988 г. по обращениям жильцов было выполнено обследование надземных конструкций и фундаментов дома
№ 32 по набережной Робеспьера. Установлено, что здание наклонено в сторону набережной и автотоннеля, при этом карниз фасадной стены сместился от вертикали на 50–62 см, а разность отметок междуэтажных перекрытий (поперек здания) достигла 30 см. Результаты высотной съемки цоколя показали, что разность высотного положения отдельных точек превышает 52 см, стены получили прогиб и связанные с этим сквозные трещины.
Несмотря на значительные затраты на усиление фундаментов, усиление стен стяжками и рамами, здание было признано аварийным и подлежит сносу. Заметим, что половину первого этажа занимала страховая фирма, которая вложила значительные средства в оборудование и отделку офисных помещений.

Техногенные и природные факторы износа

Фундаменты зданий, построенных в ХIX столетии, и ранее были выполнены из местных каменных материалов (известняка, плитняка, колотых и цельных валунов), кирпича-пережога на известняковом растворе. Они часто включали деревянные элементы, бревна-лежни, иногда массивная кладка выполнялась поверх забитых в грунт деревянных свай. Фундаменты зданий, другие конструкции со временем получают физический износ – результат воздействия на них техногенных и природных факторов.

К техногенным факторам износа относятся:
· Строительство подземных сооружений закрытым способом (метрополитенов, тоннельных канализационных коллекторов); искусственное понижение уровня грунтовых вод происходит при устройстве дренажей, канализации, откачки воды из котлованов.
· В первые десятилетия существования города власти поощряли меры по подъему территорий как средство борьбы с наводнениями. Рост культурного слоя приводил к тому, что кирпичная кладка стен, сводов, обладающая капиллярностью, обводнялась, теряла прочность, в зданиях возникала сырость.

К природным факторам деформации оснований относятся следующие.
· Неравномерная осадка оснований – процесс длительного уплотнения грунтов в результате воздействия нагрузки от массы зданий и сооружений.
Как показывают наблюдения, осадки зданий в Санкт-Петербурге развиваются десятками лет. К примеру, гостиница «Россия» в Санкт-Петербурге, законченная строительством в 1961 г., к 1963 г. имела среднюю осадку около 50 см, в последующем развитии осадка продолжалась со скоростью до 0,5 см/год, несущие продольные стены здания получили прогиб, в них развились опасные трещины.
· Выветривание материалов фундаментов понижает прочность фундаментов как конструкций.
· Промерзание – оттаивание грунтов, особенно опасное для неотапливаемых домов (например, дач, которые зимой не эксплуатируются), с развитием просадки основания зданий.
Обычно техногенные и природные факторы действуют на основания сооружений совместно.
Усиление оснований и фундаментов рационально совмещать с капитальным ремонтом зданий. Иногда эти работы требуется выполнять и в заселенных домах или эксплуатируемых общественных зданиях. Строительная практика знает немало случаев, когда после усиления основания здание или его блок выправляли посредством домкратов или, наоборот, опускали, создавая с помощью бурения пустоты в несущем слое основания, которые приводили к управляемой осадке.

В изучаемой проблеме следует различать три строительных ситуации:
а) большой износ фундаментов, развитие деформаций грунтов, требуется выполнить усиление фундаментов зданий и сооружений, закрепление грунтов основания;
б) при увеличении нагрузки на фундаменты и основание в целях осуществления надстройки зданий, замены оборудования на более массивное, углублении подвалов должна быть выполнена реконструкция фундаментов;
в) при проектировании строительства на соседних участках может потребоваться превентивное закрепление основания в целях уменьшения дополнительной осадки.

«Традиционные» и «современные»

Способы усиления и реконструкции фундаментов и закрепления основания можно условно разделить на две группы: «традиционные» и «современные».
Традиционные способы состоят преимущественно в увеличении ширины подошвы фундаментов, т.е. обеспечивают уменьшение удельного давления на грунт. Другой способ – углубление подошвы фундамента, что может обеспечить: опирание подошвы фундамента на подстилающий плотный грунт, замену сгнивших деревянных элементов минеральным материалом. Усиление фундаментов домов, попавших в зону подработки при строительстве метро, обычно осуществляется подведением под поврежденное здание сплошных фундаментных плит.
Работы по усилению фундаментов традиционными способами были трудоемкими, отнимали много времени и средств.

Современные способы усиления фундаментов и оснований базируются на двух принципах:
– «пересадка» здания на сваи;
– закрепление грунтов оснований инъекцией в грунт строительных растворов.
Кроме того, эти работы обычно включают меры по усилению кладки фундаментов.

Отличительной особенностью свайных технологий является необходимость применения малогабаритной техники, приспособленной для работы в низких помещениях (в подвалах, в первых этажах зданий).
Особо ответственной и сложной является вопрос о возможности и условиях надстройки здания одним или несколькими этажами. При этом требуется установить: а) достаточна ли прочность тела фундамента; б) не потеряет ли несущий слой основания устойчивость от дополнительной нагрузки; в) допустима ли осадка, которая возникнет в результате надстройки. На этой основе выносится решение о том, потребуется ли выполнить усиление основания и фундамента, разрабатывается проект реконструкции фундамента и основания, определяется технология ее реализации.

С. Н. Сотников
генеральный директор фирмы «Петер-Гиб» д. т. н. , профессор

Тел./факс 232-7852


Новости

подписка на новости сайта

 


поиск по сайту

 











© Строительство и городское хозяйство в Санкт-Петербурге и Ленинградской области
при использовании материалов сайта ссылка на http://stroygorhoz.ru обязательна