CC BY
110
УДК 614.8
М£. Бабусенко
НЕКОТОРЫЕ ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ
Рассмотрены общие проблемы реконструкции городской застройки. Более подробно рассмотрены вопросы размещения котлованов под вновь строящиеся здания и определения несущей способности элементов воспринимающих дополнительную нагрузку. Определены основные задачи обследования зданий решаемые при реконструкции городской застройки
I 1.
ЛШ.ЛШЪ
М.С. Бабусенко
Задачи реконструкции городской застройки беспрецедентны как по сложности, так и по объему. Они требуют использования последних достижений науки и мировой практики в области нового строительства, реконструкции и сохранения памятников архитектуры. По международной классификации, в частности, европейских норм (Еврокодов), строительство и реконструкция в черте городской застройки относится к одной из самых высоких категорий сложности. Без деятельного участия специалистов по определению технического состояния (сертификации) реконструируемых зданий, а также зданий, находящихся в непосредственной близости к строительной площадке, нечего и думать об успешном новом строительстве. Работа этих специалистов должна осуществляться наряду с архитектором и конструктором на всех стадиях строительного процесса (предпроектной проработки, проектирования и строительства).
Специфика города заключается в том, что дома располагаются очень близко друг к другу, застроенные участки занимают 20—30 % городской территории, а в исторических центрах застройки еще плотнее. Как правило, это капитальные многоэтажные здания, построенные по различным технологиям и в разное время. Современный город — это сложный механизм со сложившейся инфраструктурой и делением на зоны — промышленную, жилую, административную, зону отдыха и т.п.
Кроме этого имеется большое количество капитальных старых зданий. Многие городские ансамбли имеют международную значимость и создавались крупнейшими архитекторами. Большая часть старых зданий находится под защитой Государственной инспекции по охране памятников. Реконструкция таких зданий выполняется только после обследования организациями, имеющими специальную лицензию, выдаваемую Министерством культуры и массовых коммуникаций РФ. Специалистами ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), был обследован ряд зданий построенных в IX веке на Пятницкой улице в г. Москве. Обследования такого рода имеют ряд специфических особенностей и проводятся на основе Инструкции о составе, порядке разработки, согласовании и утверждении научно-проектной документации для реставрации недвижимых памятников истории и культуры (РНиП 1.02.01—94).
В условиях города весьма сложными оказываются строительство здания с подземным этажом или прокладка инженерных коммуникаций на глубине более 5 м 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 нового здания или прокладкой коммуникаций. 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 стро-
Научно-технические разработки
Научно-технические разработки
ительства. В то же время должны быть исключены или ограничены по интенсивности те воздействия, которые не могут быть нейтрализованы средствами защиты существующих зданий.
Следует помнить, что использование самых передовых мировых технологий строительства без учета специфики инженерно-геологических условий и состояния прилегающих зданий и сооружений городской застройки также опасно.
В то же время, надежное обоснование проекта и щадящих технологий ведения работ, в зависимости от реального состояния соседних зданий, может значительно снизить риск для инвестиционных и строительных фирм.
Одной из наиболее часто встречающихся задач, требующей серьезного и продуманного подхода, является определение наименьшего безопасного расстояния от края котлована под вновь строящееся здание до существующих зданий.
При устройстве котлованов рядом с существующими зданиями необходимо соблюдать ряд условий.
Для того чтобы удержать крепление котлована от значительных подвижек при воздействии грунта и тем самым не нанести ущерба существующим зданиям, целесообразно проходить котлован с устройством нулевого цикла здания в кратчайшие сроки.
Фундаменты проектируемого здания, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего здания, рекомендуется располагать на одной отметке.
Непременным условием обеспечения устойчивости грунтов между зданиями является устройство постоянного водоотлива поверхностных вод из котлована.
Котлованы в нескальных грунтах без креплений должны устраиваться с наклонными стенками. Наибольшая крутизна откосов при расположении уровня грунтовых вод ниже котлована и кратковременных сроках производства работ, должна приниматься исходя из глубины котлована [1].
Устройство котлованов с наклонными стенками позволяет избежать применения креплений. Однако при этом возрастает объем земляных работ и увеличивается размер котлована в плане по верху, что в условиях плотной застройки крайне нежелательно, а порой и невозможно из-за существующих зданий. Поэтому стенки котлована необходимо закреплять. Закрепление, как правило, производится погружением в грунт свай. Это выполняется различными способами.
При забивке и вибропогружении свай возникают наибольшие динамические воздействия.
Технология вдавливания свай практически полностью исключает динамические воздействия на основание. Однако и этот способ не является щадящим: в некоторых случаях 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.
Если периоды собственных колебаний у зданий в непосредственной близости к котловану близки к периодам собственных колебаний грунтов основания, это может сказаться на повышении скорости износа конструктивных элементов здания и, в первую очередь, фундаментов.
Именно такая ситуация была выявлена при обследовании зданий, прилегающих к строительной площадке в районе пересечения ул. Красина и ул. Гашека в Москве. Обследование проводилось специалистами ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), динамические характеристики определялись с помощью комплекса «Струна-2». Было обследовано, пять зданий находящихся в непосредственной близости к предполагаемому котловану. Динамические испытания показали, что периоды собственных колебаний у зданий по адресам: ул. Красина, 14/2 и 14/7 близки к периодам собственных колебаний грунтов основания. Особенно опасны в этом случае сейсмовибрационные воздействия, т.к. динамическое воздействие может негативно воздействовать на конструктивные элементы зданий.
Для устройства ограничения котлована был рекомендован метод вдавливания шпунта или устройство буронабивных свай. В результате были выполнены буронабивные сваи.
При посадке строящегося здания, если ограждение котлована предусмотрено, необходимо выдержать расстояния между фундаментами строящегося и существующих зданий, в свету (в плане), определенные расчетами несущей способности фундаментов и устойчивости оснований с учетом зоны влияния и их взаимодействия с сооружаемым котлованом.
Расчетные сопротивления грунта ^0) под подошвой фундаментов существующих зданий могут быть определены по результатам испытаний [2] и уточнены по формулам:
Я = К0[1+К1(Ь-Ь0)/Ь0] (а+а0)/2а0 при А < 2 м; Я = Я0[1+К1(Ь-Ь0)/Ь0]+К2 ^0п(А - ^) при А > 2 м.
где Ь и ё, — ширина и глубина заложения проектируемого фундамента соответственно, Ь0=1 м, ё0=2 м;
'УП — расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фундамента кН/м3;
К1 — коэффициент принимаемый 0,125 или 0,05 (СНиП 2.02.01—83*) [2]
К —коэффициент принимаемый 0,25; 0,2 или 0,15 (СНиП 2.02.01—83*) [2]
В некоторых случаях бывает полезно определить величины расчетных сопротивлений грунта основания под подошвой фундаментов существующих зданий для проверки обеспеченности восприятия действующих на них нагрузок до устройства котлована.
Требуемая несущая способность основания может
быть определена графически [3]по величине давления под подошвой фундамента:
а = ЦЬ’, п),
где п — этажность здания;
ь’ = ь-К1-К2-Кз;
Ь — ширина фундамента;
Ь — расчетная ширина фундамента;
К1 — коэффициент, зависящий от высоты этажа здания;
К — коэффициент, зависящий от соотношения площади окон к площади стены;
К3 — коэффициент, зависящий от нагрузки на 1 мм стены от перекрытия.
Разность отметок заложения рядом расположенных фундаментов не должна превышать величину Л^ определяемую, СНиП 2.02.01—85* по формуле ЛЬ < а^^,
где а — расстояние между фундаментами в свету; tgy — тангенс угла сдвига.
tgy = tgф1+с1/а, ф1 — угол внутреннего трения грунта; с1 — удельное сцепление грунта.
Не соблюдение этих условий, как правило, приводит к тому, что вновь построенное здание при осадке как бы «тянет» за собой часть существующего здания. Это хорошо иллюстрирует рис. 1. из учебника Б.И. Далматова
Рис. 1. Диагональные трещины, возникшие из-за осадоки пристроенного здания
Соблюдение технологий при строительстве в городской черте имеет очень большое значение. Для строительства здания на пересечении улиц Красина-Гашека специалистами ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) были выполнены расчеты наименьшего удаления края котлована от существующих зданий. Укрепление стенок котлована было выполнено, как уже говорилось, буронабивными сваями. Однако деревянная забирка между сваями не была сделана. Это привело к тому, что в результате аварии системы водоснабжения здания 4/1 по ул. Б. Садовая, произошел вынос грунта основания в объеме 20-25 м3 одной из несущих стен
этого здания. Весь обводненный грунт оказался на дне котлована. В условиях отрицательных температур (20-25 0С) это создало определенные трудности при устройстве фундаментов нового здания, кроме того, потребовались силы и средства для восстановления грунта основания несущей стены существующего здания.
Проблема строительства новых зданий в черте плотной городской застройки может быть кардинально решена устройством свайных фундаментов, передающих нагрузки на малосжимаемые 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 в некоторых случаях приводят к аварийным деформациям прилегающей застройки. Причиной таких аварий может явиться расструктуривание слабых глинистых грунтов, которые в обширной зоне вокруг свай приходят в состояние вязкой жидкости и обусловливают развитие дополнительных осадок соседних зданий. Наличие таких грунтов на площадке строительства может быть выявлено геофизическими методами.
Целесообразно в течение всего периода строительства нового здания и начального этапа его эксплуатации вести систематический надзор за состоянием существующих зданий, высотными отметками, осуществлять мониторинг с занесением результатов наблюдений в специальный журнал.
Другой характерной проблемой, с которой приходится сталкиваться строителям в условиях городской застройки является определение технического состояния реконструируемых зданий. В том случае если проектом реконструкции предполагается надстройка дополнительных элементов зданий или их перепланировка, большую роль будет играть состояние элементов существующих конструкций, которые будут воспринимать дополнительные нагрузки и усилия.
Сотрудниками ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) было проведено предпроектное обследование намечаемого к реконструкции здания МЧС России по ул. Ватутина, 1. Проектом реконструкции предусматривалась надстройка пятого этажа над одним из блоков этого здания. Обследование проводилось с помощью мобильного диагностического комплекса. Особое внимание было уделено кирпичной кладке стен, которые будут воспринимать дополнительную нагрузку после реконструкции.
Обследуемое здание — кирпичное, со сборными железобетонными перекрытиями, сложное в плане и по высоте. Наружные стены — сплошная кирпичная кладка из глиняного, обыкновенного кирпича с облицовкой наружной поверхности стены силикатным кирпичом. Толщина наружных стен 510 мм. Внутренние продольные стены — сплошная кирпичная кладка, толщиной 380 мм.
Обследование кирпичной кладки стен неразрушающими методами контроля проводились с использованием ультразвукового прибора УК-14ПМ
Научно-технические разработки
Научно-Технические разработки
и склерометра ИПС-МГ-4. Измерения проводились на 11 участках (по 6 замеров на каждом участке). Наибольшее внимание при этом было удалено блоку, подлежащему реконструкции. Здесь обследованы 8 участков стен, в основном, наиболее нагруженная их часть — простенки.
Анализ результатов обследования прочности кирпичной кладки неразрушающими методами контроля позволил с доверительной вероятностью Р = 0,95 получить прочностные характеристики материалов (кирпича и раствора), а также интегральную оценку прочности кладки при достаточной представительности статистических данных;
— в подлежащем реконструкции блоке прочностные данные кирпичной кладки стен характеризуются величинами Rкл = 0,85 1,68 МПа, что
свидетельствует о неравномерности свойств кладки на различных участках блока. В то же время изменчивость величины Rкл, характеризуемая коэффициентом вариации (коэффициент изменчивости), равна : для кирпича Ук = 0,12 — 0,24; для раствора Ук = 0,14 — 0,29. Такой разброс (Ук < 0,3) считается допустимым при обследовании прочностных свойств строительных конструкций с использованием неразрушающих методов контроля.
Для реконструируемого блока был проведен расчет несущей способности элементов, воспринимающих дополнительную нагрузку. В качестве расчетных участков стен были определены узкие простенки: с прочностью кирпичной кладки Я = 1,16 Мпа.
кл ’
Расчет проводился на нагрузки, определенные в соответствии со СНиП 2.01.07—85 [4] и исходными данными, полученными в процессе обследования здания. Расчет элементов кладки стен с учетом реконструкции не проводился, так как такой расчет должна производить организация, разрабатывающая проект реконструкции здания, после принятия конструктивного и объемно-планировочного решений на реконструкцию.
Полученные результаты расчетов показали, что узкие простенки в намечаемом для реконструкции блоке здания требуют усиления даже без надстройки реконструируемого блока. Широкие простенки устойчиво воспринимают действующую на момент обследования нагрузку, имеют 53 %-й резерв прочности и способны воспринять дополнительную нагрузку, получаемую после реконструкции здания без усиления.
В техническом заключении было указано, что для обеспечения надежности работы узких простенков при проведении реконструкции в процессе надстройки блока необходимо провести их усиление.
Традиционными способами в таких случаях являются:
— усиление простенка металлической обоймой из прокатного металла;
— усиление простенка железобетонной обоймой.
Все эти случаи наглядно показывают, что к сложной реконструкции и новому строительству в условиях городской застройки предъявляются особые требования. Одно из них — участие организации, выдающей заключение (сертификат) о техническом состоянии реконструируемых объектов и объектов, находящихся в непосредственной близости к новому строительству.
Основными составляющими работы, выполняемой такой организацией, являются:
• инженерное обследование площадки строи -тельства и соседних зданий, попадающих в зону возможного риска;
• прогноз развития деформаций зданий в процессе ведения реконструкционных работ и в период дальнейшей эксплуатации;
• расчеты по предельным состояниям системы «основания, фундаменты, надземные конструкции»;
• рекомендации, в случае необходимости, по усилению конструкций здания (включая фундаменты и грунты в их основании);
• обоснование применимости различных технологий устройства котлованов и их удаления от существующих зданий;
• мониторинг технического состояния реконструируемых зданий и сооружений, а также расположенных в непосредственной близости к новому строительству зданий и сооружений;
• контроль качества работ, выполняемых при строительстве и реконструкции зданий и сооружений.
Работа организаций, имеющих в своем составе квалифицированных специалистов, занимающихся определением технического состояния существующих зданий и сооружений, может служить надежным залогом безаварийного строительства и сложной реконструкции в условиях плотной городской застройки и в историческом центре города.
Литература
1. Костерин Э.В. Основания и фундаменты. — М., 1966.
2. СНиП 2.02.01—83*. Основания зданий и сооружений.
3. Линович Е.Е. Расчет и конструирование частей гражданских зданий. — Киев, 1956.
4. СНиП 2.01.07—85*. Нагрузки и воздействия.
