CC BY
49
1/2006
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ И ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ОСАДОК ОСНОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ИСТОРИЧЕСКОГО МУЗЕЯ
1
С.Б Ухов
убликация посвящена памяти Сергея Борисовича Ухова, долгое время возглавлявшего кафедру Механики грунтов, оснований и фундаментов МГСУ.
Перед коллективом авторов и коллегами с кафедры Строительной механики МИ ИТ в сотрудничестве с фирмой ООО «КРЕАЛ МГСУ» была поставлена задача выявления причин продолжения и прогноза на будущее осадок фундаментов и деформаций конструкций уникального сооружения -здания Государственного Исторического музея. В настоящей работе Сергей Борисович принял свойственное ему энергичное и плодотворное участие.
Здание Государственного Исторического музея (ГИМ) было заложено в 1875 году. Разрешение на устройство в Москве Исторического музея (музея истории жизни населения России) было принято правительством 14 февраля 1872 года. 16 апреля 1874 года Московская Городская дума отвела под музей земельный участок между Кремлевской стеной и Иверскими воротами. На месте, где сейчас стоит здание Исторического музея, в 1472 году упоминается ям (почтовый двор). В 1556 г. «яма» уже не было, а здесь разместился царский отдаточный
В.В.Семенов В.В.Знаменский
двор, на котором производилась выдача «корма» иностранцам.
В последующие годы назначение здания многократно изменялось. В частности, в 1775 году дом был занят под первый в России университет и его типографию. В 1778 году университет перешел в здание на Моховой улице, а типография - в Газетный переулок. С того времени в этом доме помещалась Городская дума. В 1 874 году дом был разобран для освобождения места под строительство здания Исторического музея. Новое здание выступило за границы Китайгородской стены на место стоявшего здесь с 17 века двухэтажного дома, в котором жили монахи, обслуживавшие Иверскую часовню.
Для строительства здания музея Управлением музея был заключен договор с архитектором В.О.Шервудом (автором памятника гренадерам - героям Плевны в г. Москве) и инженером А.А.Семеновым, которые получили первую премию на конкурсе по созданию проекта Исторического музея.
Работы по строительству музея начались 1 июня 1875 года с инструментальной разбивки осей. С 15 июня приступили к рытью траншей. Торжественная закладка состоялась 20 августа. Доступ в музей был открыт в 1883 году.
За период существования здание музея подвергалось частичной
реконструкции и перепланировке. Наблюдения за состоянием конструкций здания начались с конца 30-х, начала 40-х годов. В эти периоды в стенах, перекрытиях и полах здания обнаружились нарушения сплошности конструкций с образованием трещин. Обследования последних лет подтвердили наличие в конструкциях здания значительного количества трещин с раскрытием до 10 мм. Даже после капитальных ремонтов и разделки трещины "оживлялись", нарушая тем образом интерьер выставочных помещений.
Наблюдениями НИИОСП было установлено, что в основании здания продолжаются хотя и относительно малые, но неравномерные осадки, составившие за период с мая 1994 года по декабрь 1996 года от 3 до 6 мм.
Здание ГИМ имеет высокую значимость как памятник истории и культуры г. Москвы и России. Примечательна ценность настенных росписей и лепного декора его интерьеров, расположение здания на Красной площади в Москве.
В этой связи была поставлена задача определения причин протекающих в основании здания неравномерных осадок, прогноза дальнейшего их развития и возможного влияния осадок на состояние элементов конструкций здания. Основной целью решения этой задачи являлась разработка предложений по стабилизации осадок здания ГИМ и предотвращению дальнейшего развития деформаций его конструкций.
Здание ГИМ располагается на склоне древнеаллювиальной террасы р. Москвы в направлении от Красной площади к ранее засыпанному руслу р. Неглинки. Со стороны Кремлевского проезда застроенный участок граничит с засыпанным старинным Алезианским рвом, некогда соединявшим р. Неглинку с р. Москвой. Территория имеет уклон от Красной площади (абсолютная отметка поверхности 143,4 м) к Манежной площади (абсолютная отметка 137,1 м). Здание имеет невыдержанную в плане прямоугольную форму со средними размерами 115,5x55,5 м при площади пятна застройки около 6500 м2. Конструктивная схема здания смешанная: в основном - с несущими наружными и внутренними стенами переменной по высоте толщины (от 0,51 до 3,00 м) и отдельно стоящими кирпичными столбами.
В разных частях здание имеет по высоте от двух до четырех этажей, цокольный этаж и подвал. План здания характеризуется наличием трех световых дворов, больший из которых расположен выше перекрытия над дворовой частью подвала, а два меньших - выше перекрытия над дворовой частью цокольного этажа. Поэтажное расположение помещений и элементов несущих конструкций здания указывает на достаточно сложный характер передачи усилий на нижележащие этажи и фундаменты.
Конструктивной особенностью здания является то, что столь большое по плановым размерам и разно-
В статье приводятся результаты работ, выполненных авторами в рамках комплексных исследований в составе Московского городского специализированного управления КРЕАЛ (ген. директор -д.т.н. Н.М.Алмазова, гл. инженер - к.т.н. Р.А.Римский). Расчеты напряженно-деформированного состояния здания ГИМ во взаимодействии с основанием, некоторые результаты которых обсуждаются в статье, проведены проф. В.Д.Потаповым, проф. С.Б.Косицыным и доц. Д.Б.Долотказиным (МИИТ). При подготовке статьи авторы, кроме собственных разработок, использовали фондовые материалы архива ГИМ, НИИОСПа, Мосгоргеотреста, МГСУ, ООО КРЕАЛ-МГСУ ОИФЗ и НИКСЦ РАН, ООО Ален К и других организаций.
т к.
образное по инженерному выполнению сооружение (может быть по школе или опыту строителей тех годов) не разрезано деформационными швами на отдельные блоки, т.е. представляет собой массивную конструкцию. Такая система, в случае неравномерных осадок ее основания, с большой вероятностью может привести к не прогнозируемому перераспределению и концентрации усилий в элементах конструкций.
Фундаменты под несущими конструкциями здания ГИМ, как было установлено вскрытиями, выполненными Мосгоргеотрестом, МГСУ и ООО «КРЕАЛ МГСУ» в период с 1983 по 1999 год, имеют ленточную, редко столбчатую, форму. Глубина заложения подошвы фундаментов от уровня полов подвала и цокольного этажа составляет от 0,4 до 8,1 м. Ширина подошвы фундаментов также переменна и находится в диапазоне от 0,76 до 3,30 м. Материалом фундаментов, в основном, является бутовая кладка из грубого, постелистого и рваного камня известняка, реже - кирпичная кладка на известковом растворе. Фундаментная кладка на большинстве участков вскрытий находится в удовлетворительном состоянии.
На рис. 1 показан план вскрытий фундаментов из полов подвала здания ГИМ в осях 1-14, выполненных в различные годы указанными выше организациями. В целом по зданию ГИМ в период с 1983 по 1999 год осуществлена проходка 85 шурфов, в том числе 7 шурфов-скважин. Кроме того, МГСУ было проведено электродинамическое (22 пункта) и сейсмическое (26 пунктов) зондирование.
Как выяснилось из архивных материалов (исполнительные чертежи, датированные 1875 г.), в северовосточной угловой части здания со
стороны Манежной площади и Кремлевского проезда фундаменты из бутовой кладки располагаются на рядах сосновых лежней.
В пояснительной записке инженера А.А.Семенова к отчету по работам за 1875 г. отмечено, что на этом участке "ввиду свойства глины, пропитанной водой, быть весьма сжимаемою и ввиду значительной глубины фундамента и веса здания, в означенном месте признано было необходимым укрепить подошву фундамента лежнями". Это техническое решение было подтверждено обследованием при проходке шурфов в 1998 г. (шурфы 1/98, 2/98, 4/98 на рис. 1).
Зарисовка и описание фундаментной конструкции в месте проходки шурфа 1/98, как частный пример, приведена на рис. 2. Обследованием подтверждено наличие сосновых лежней в основании бутовой кладки фундаментов угловой части здания ГИМ с удовлетворительным состоянием древесины.
По архивным данным в начале строительства (1875 г.), ввиду значительного водопритока, уровень подземных вод устойчиво превышал отметку верха лежней примерно на 2 м. Вскрытие шурфов 1/984/98 в зимний период 1998 года показало, что превышение уровня подземных вод над верхом лежней составляло от 0,00 до 0,20 м, что соответствует общей тенденции снижения уровня подземных вод в центре Москвы. При возможном в дальнейшем понижении уровня подземных вод это может вывести деревянные конструкции лежней в зону аэрации и вызвать их интенсивное гниение с непредсказуемыми последствиями.
Обобщенный разрез основания здания ГИМ (сверху вниз) содержит следующие литолого-генетиче-
ские разности. Верхняя часть разреза представлена весьма неоднородным по составу, что характерно для центра Москвы, насыпным слоем мощностью от 2,0 до 9,5 и более метров. Мощность насыпного слоя увеличивается по направлению к Манежной площади. Местами вскрыта бутовая и кирпичная клад-
ка погребенных фундаментов прежних строений (уникальная информация по сопряжению возводимых в 1875 году фундаментов здания ГИМ с остатками фундаментов прежних строений в виде арочных сводов содержится в архивах ГИМ).
Ниже, со смещением к долине р. Неглинки, залегают современные
Рис. 1. План подвала здания ГИМ в осях 1-14 с указанием мест вскрытий фундаментов _ Пол подвала
ЭЛЕМЕНТЫ КЛАДКИ ФУНДАМЕНТОВ
ПП Кладка из красного кирпича на известковом растворе
Р2"1 Бутовая кладка из груботесанного камня известняка
1—1 на известковом растворе гул Бутовая кладка из рваного камня известняка на сложном растворе
ГЛ Лежки из хвойных пород древесины
Рис. 2. Зарисовка и описание шурфа 1/98 (фасад)
аллювиальные отложения мощностью до 7,3 м, представленные частым переслаиванием песков различной крупности, плотности и влажности, местами супесей и суглинков различной плотности и консистенции.
Далее по разрезу обнаружены моренные суглинки, в основном в части здания со стороны Красной площади и Исторического проезда, с мощностью слоя от 1,4 до 6,2 м, мелкопесчаные, с включением гравия, от мягкопластичной до полутвердой консистенции. Еще ниже располагается очень сложное в плане и по глубине переслаивание флювиогляциальных и озерно-лед-никовых отложений. Флювиогляци-альные отложения представлены часто чередующимися прослойками песков разной крупности, плотности и степени водонасыщения; супесей, суглинков, иногда глин от текучепла-стичной до тугопластичной консистенции. Местами эти отложения залегают непосредственно под насыпным слоем, местами - под современным аллювием или мореной. Озер-но-ледниковые отложения, также слабо выдержанные в плане, содержат глины от мягкопластичной до твердой консистенции, тугопластич-ные суглинки, пластичные супеси.
Описанные выше четвертичные отложения, включая и насыпной слой, имеют общую мощность 13-19 м и подстилаются юрскими суглинками и глинами, общая мощность которых не превышает 1-2 м. На отдельных участках юра совершенно размыта, и четвертичные отложения располагаются непосредственно на известняках, глинах и мергелях верхнего карбона.
Таким образом, основание здания ГИМ на значительную глубину (до абсолютных отметок 121,0125,0 м) сложено весьма неодно-
родным по простиранию и несогласованным по глубине напластованием разнообразных в литолого-ге-нетическом отношении грунтов. Это подтверждается и большим разбросом показателей физико-механических свойств грунтов не только различных инженерно-геологических элементов, но и в пределах одного элемента, определенных лабораторными и полевыми испытаниями, проведенными в разное время различными организациями.
Некоторое представление о сложности инженерно-геологических условий и связанной с этим посадкой фундаментных конструкций дает схематический разрез 5-5 по поперечному сечению здания и основания, представленный на рис. 3. Даже этот частный пример свидетельствует, что вертикальная привязка фундаментов здания была осуществлена по месту с большим перепадом отметок в соответствии с вскрытыми при проходке траншей условиями, что подтверждается архивными данными.
Интересно отметить, что при выборе глубины заложения фундаментов строители старых времен руководствовались принятой практикой "копать до материкового грунта и располагать подошву фундамента в соответствии с приходящейся на него нагрузкой на более прочных подстилающих грунтах". Например, выдающийся архитектор древности Витрувий (I век до н. э.) писал: "для закладки фундаментов храмовых зданий следует рыть до глубины твердых пород ... и закладывать фундамент на твердых пластах на глубине, сообразно с величиной сооружения".
Пояснительная записка инженера А.А.Семенова с описанием грунтовых условий и многих деталей устройства фундаментов, хранящая-
¡г II I !
4 А ¿ 4 ¿>
Рис. 3. Схематический разрез здания ГИМ и основания по сечению 5-5
ся в архивах ГИМ, почти дословно воспроизводит эту рекомендацию. Достаточно привести одну выдержку: "фундаменты стен закладывались в зависимости лишь от качества встречаемого грунта - материка". Аналогичный подход к выбору глубины заложения фундаментов был принят архитектором А.Жилярди при строительстве старого здания МГУ на Моховой улице, где отметки заложения подошвы фундаментов в разных частях здания различаются на 3-4 метра.
Гидрогеологические условия в основании здания ГИМ за время его существования подвергались значительным изменениям. Это связано, прежде всего, с техногенными воздействиями на геологическую среду: переменной в разные периоды интенсивностью водоотбора из водоносных каменноугольных горизонтов для нужд городского хозяйства; искусственным водопонижением при строительстве гостиницы "Москва", прилегающих линий метрополитена и других объектов; утечками из подземных коммуникаций. С определенной достоверностью можно полагать, что в настоящее время
средняя отметка зеркала подземных вод на участке здания ГИМ составляет 126,94-128,35 м.
Из сказанного становится понятной крайняя сложность решения сформулированной в начале статьи задачи. Очевидно, что при высокой степени неоднородности толщи грунтов основания, изменчивости гидрогеологических условий, невозможности объективной количественной оценки за столь длительный период времени эксплуатации здания внешних и внутренних воздействий на конструкции и основание оказывается проблематичным достоверно реконструировать сложную историю существования взаимосвязанной системы "здание ГИМ - основание". Столь же проблематично рассчитать развитие ее деформаций за более чем столетний период. Положение усугубляется и отсутствием длительных систематических наблюдений за осадками здания, исключая последние годы (1994-2000).
Это побудило авторов разработать концепцию выявления возможных причин продолжающихся осадок здания и прогноза дефор-
маций основания в ближайшие годы, основанную на следующих предпосылках.
1. Наблюдаемые в результате периодических обследований здания трещины в элементах конструкций здания (стены, перекрытия, полы) являются "иероглифами", которыми "записана" более чем вековая история его взаимодействия с основанием. Наличие этих трещин, их местоположение, направление и раскрытие определяются, прежде всего, не абсолютными значениями средних осадок основания массивной конструкции здания, как бы велики они не были, а их неравномерностью. Дальнейшая динамика поведения трещин также будет определяться развитием неравномерных осадок основания.
2. Инструментальные наблюдения за осадками здания ГИМ, проведенные НИИОСПом (май 1994 -декабрь 1997 года) и Московским городским специализированным управлением "КРЕАЛ" (июль 2000 года), показали, что хотя и малые, но неравномерные осадки основания продолжаются, несмотря на длительный период эксплуатации здания. По общей визуальной и инструментальной оценке характер развития деформаций конструкций здания исключает опасность создания аварийной ситуации, по крайней мере, в ближайшие десятилетия. Тем не менее, медленно развивающиеся и в настоящее время неравномерные осадки основания здания музея могут привести к последующему проявлению дефектов в конструктивных элементах здания.
3. Приближенными расчетами, выполненными в 1996 году для выборочных фрагментов фундаментов здания ГИМ, было установлено, что примерно в 30% случаев основание фундаментов оказалось пе-
регруженным по критерию действующих Норм (СНиП 2.02.01.83*). Местами отношение среднего давления под подошвой фундаментов р к расчетному сопротивлению грунтов несущего слоя Я доходило до 2-х и более раз. Характерно, что места перегрузок основания удовлетворительно коррелировались с участками выявленных дефектов в конструкциях здания.
4. Результаты расчета напряженно-деформированного состояния системы "здание ГИМ - основание" на первом этапе относятся к принятому условно в качестве исходного состоянию системы (май 1994 года - начало систематических наблюдений за осадками здания). Определенные таким образом величины абсолютных осадок основания вряд ли соответствуют действительным. В то же время, полученная в расчетах неравномерность осадок здания и связанная с этим неоднородность напряженного состояния конструкций (наличие концентрации напряжений, выходящих за допустимые по прочности материала пределы) в определенной мере может отражать прежнюю историю взаимодействия конструкций здания ГИМ и его основания.
Для последующего (после мая 1994 года) периода эксплуатации полученные в результате инструментальных наблюдений неравномерные по пятну застройки приращения осадок основания здания служат основой для корректировки параметров деформационной модели основания с ориентацией на прогноз напряженно-деформированного состояния системы на дальнейшие временные периоды.
Ниже приводятся основные положения и результаты исследований, выполненных на основе вышеуказанных предпосылок. Дополни-
тельная информация, относящаяся к обеспечению расчетной части работ, опубликована в [1].
Пространственная модель рассматриваемой системы состояла из трех частей: здание ГИМ - опорные участки фундаментов (фрагменты фундаментов) - основание.
Расчетная пространственная модель здания ГИМ была разработана В.Д.Потаповым, С.Б.Косицы-ным и Д.Б.Долотказиным по схеме детального воспроизведения конструкции здания с учетом геометрических, жесткостных и массовых характеристик [1]. Общее представление расчетной модели здания показано на рис. 4. Конечно-элементная схема здания содержала сотни тысяч элементов.
Анализ натурных обследований параметров фундаментов здания и архивных материалов выявил чрезвычайную их изменчивость по площади здания. Кроме того, при всей обширности обследований, параметры некоторых участков фундаментов, а также грунтовые условия в их основании, определить по разным причинам не удалось.
В этой части работы большая помощь последовала от сотрудников архива ГИМ и ООО «КРЕАЛ МГСУ», предоставивших уникальную исполнительную документацию по устройству фундаментов здания, датированную 1875 годом. По совокупности информации была разработана унифицированная расчетная модель фундаментов здания с ука-
Рис. 4. Пространственная расчетная схема здания ГИМ
Математическая расчетная модель здания воспроизводила упругое поведение всех конструктивных элементов. Такая предпосылка достаточно условна, поскольку не отражает реального напряженно-деформированного состояния перегруженных участков конструкций (превышение напряжений сжатия или растяжения соответствующих пределов прочности кирпичной кладки, образования сколовых или разрывных трещин).
занием основных геометрических параметров (высотная привязка подошвы фундаментов и подземных помещений, а также рельефа, в абсолютных отметках; глубина заложения от полов подземных помещений и ширина подошвы фундаментов), назначены расчетные значения характеристик физико-механических свойств грунтов (удельный вес грунтов, расположенных ниже и выше подошвы фундаментов, модуль
деформации, угол внутреннего трения, удельное сцепление) и определены расчетные сопротивления грунтов несущего слоя основания.
По совокупности признаков в системе фундаментов выделены 208 фрагментов, отличных по отдельным показателям. Плановая схема расположения фрагментов показана на рис. 5. В таблице 1 приведена часть исходной информации, положенной в основу описания геометрических параметров фундаментов здания ГИМ и деформационных свойств основания.
Механическая модель основания принята в соответствии с гипотезой Винклера с переменными по площади здания коэффициентами постели. Понятие коэффициента постели трактуется в классическом представлении как соотношение между передаваемыми на основание дополнительными давлениями р0 и осадками основания 5, т.е.
р(Д (1)
где р0 = р - а2ё,0 (р - фактическое
давление под подошвой фундамента, - природное давление в уровне подошвы фундаментов).
В качестве гипотетического метода расчета осадок принят метод
эквивалентного слоя Н.А.Цытовича. Выбор метода определен ясностью математической формулировки, а также заложенной в методику расчета высшей мерой оценки конечной осадки фундаментов. Таким образом, конечная осадка 5 жесткого в поперечном сечении фундамента определяется соотношением
5 = К х рохр/Д (2) где К - мощность эквивалентного слоя, определяемая по формуле
К = ^соп^* (3) Ь - ширина подошвы фундамента, Ь = 0,8 в соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.01-83*.
В формуле (3) коэффициент АюС0П!^ принят по средней оценке
равным 2,60, что соответствует значению коэффициента поперечной деформации грунта V = 0,3; Е - модуль деформации грунтов, усредненный в пределах глубины сжимаемой толщи.
Из соотношений (1) и (2) следует, что начальное значение коэффициента постели С2 можно принять равным
С = Е /(Нхв).
(4)
Рис. 5. План фрагментов фундаментов здания ГИМ
га
с; ю га
I
<
с!
со
I
0
1
О
о
т
0 н
1
ш <
с! I
I
I
О о.
ш с!
0 ^
К ^
с! ш .0
1
I
<
с! ш .0 I
с! О X О
Первый цикл расчета выявил, что значительные участки основания (98 фрагментов фундаментов из 208) перегружены в соответствии с действующими Нормами (СНиП 2.02.01.83*). В этой части фактические давления р, передаваемые на основание, превышают расчетное сопротивление грунтов Я. По этой причине была применена итерационная схема расчета, учитывающая нелинейную в области перегрузки зависимость осадок от давлений в соответствии с методикой М.В.Малышева [2, 3].
По результатам расчета напряженно-деформированного состояния основания в предыдущей итерации назначались новые значения коэффициентов постели основания для последующего шага решения. Новое значение коэффициента постели С2п, где п - указатель номера
последующего цикла расчета, определялось по формуле
Cz,n = p0,n-1/Sp,n-1'
(5)
где р0п-1 и 8рп-1 - соответственно дополнительное давление на основание, полученное для соответствующего фрагмента фундамента в предыдущем цикле, и осадка, вычисленная по вышеуказанной методике [2, 3].
Итерации продолжались до тех пор, пока среднеквадратичные нормы коэффициентов постели основания в двух последующих циклах не стали различаться менее, чем на 3%.
Указанным выше способом было рассчитано начальное напряженно-деформированное состояние системы "здание ГИМ - основание". Анализ результатов расчетов показал значительную неравномерность осадок различных точек осно-
вания (Smax = 16,1 см, Smin = 4,3 см) и очень неравномерный характер передачи давления от фундаментов на основание (показатель p/R для разных фрагментов изменялся от 0,2 до 2,2, причем перегруженными оказались 110 фрагментов фундаментов из 208). Важно отметить, что результаты расчетов начального напряженно-деформированного состояния удовлетворительно согласуются с данными наблюдений за состоянием конструкций здания:
- повышенная осадка башни в осях 1 -3/А-Б' (рис. 1) и ее крен в сторону Манежной площади и Кремлевского проезда;
- совпадение зон со значениями сжимающих и растягивающих напряжений, превышающими предельные по прочности кладки, с участками, в которых отмечаются наиболее значительные дефекты в конструкциях здания.
Отмеченное согласование результатов расчетов и данных обследований здания подтверждают обоснованность предложенной концепции. Не абсолютизируя полученные в расчетах величины напряжений и перемещений, можно полагать, что предложенный подход привел к пониманию общих тенденций в формировании напряженно-деформированного состояния здания и основания на условно начальный момент, обозначенный 25 апреля 1994 года и приуроченный к началу регулярных наблюдений за осадками здания ГИМ.
Корректировка параметров основания на последующие периоды времени основывалась на данных инструментальных наблюдений за осадками марок, установленных по внешнему контуру здания ГИМ, до 6
июля 2000 года и на экстраполяции результатов мониторинга до 2010 года. Распространение (интерполяция) значений контурных осадок во внутреннее пространство здания проводились с помощью аналоговой модели деформации пластины на Винклеровом основании с заданными граничными условиями на контуре.
Величины коэффициентов постели определялись по формуле
С2,г = Ро,1994/^р
(6)
где ро 1994 - дополнительное давление под подошвой фундамента, достигнутое к 1994 году; - осадка на период времени х, суммирующая данные расчета осадок на 1994 год и приращения осадок по данным наблюдений или экстраполяции на соответствующие периоды времени.
В 2000 году угловая часть фундамента здания ГИМ со стороны Манежной площади и Кремлевского проезда была пересажена на буро-инъекционные сваи-стойки, а впоследствии предполагалось укрепление фундаментов по контуру Большого двора. В этой связи коэффициенты постели на период после 2000 года определялись по специальной методике, предусматривающей "торможение" осадок на участках усиления в более поздние сроки от указанной даты.
В соответствии с изложенными положениями был выполнен расчетный прогноз изменения напряженно-деформированного состояния системы "здание ГИМ - основание" к 2004 и 2010 годам. Как указывалось выше, в основу методики расчета была заложена предпосылка, что конструкции здания на всех этапах работают в упругой стадии. Тем самым не учитывалось образование в конструкциях вследствие локального перенапряжения материала, а это показано расчетами, местных дефектов с последующим перераспределением напряжений. Поэтому основным методом анализа полученных результатов было принято не сопоставление абсолютных значений и перемещений на участках пространственной конструкции, а выявление тенденций их изменения в результате постепенного развития неравномерных осадок основания.
С этой целью для выделенных характерных участков здания в привязке к расчетным моментам времени сопоставлялись данные об экстремальных значениях максимальных (растяжение) и минимальных (сжатие) компонентов напряжений о2, ох (оу). Экстремальные значения компонентов напряжений по состоянию на 1994 год принимались за условную единицу. Обобщенные данные анализа приведены в таблице 2.
Таблица 2
Напряжения в относительных величинах 1994 г. 2000 г. 2004 г. 2010 г.
сжатие 1,00 1,00 1,00 0,98
растяжение 1,00 1,04 1,09 0,75
Ох (Оу) сжатие растяжение 1,00 1,00 1,12 1,13 1,12 1,11 1,06 1,05
Приведенные в таблице данные свидетельствуют о следующем:
1. Продолжающееся в период с 1994 по 2000 год развитие малых, но неравномерных, осадок основания привело к возрастанию максимумов (минимумов) нормальных напряжений в наиболее перегруженных элементах конструкций здания (горизонтальные напряжения увеличились на 12-13%). Вместе с тем, как показали результаты обследований, это не привело к развитию новых дефектов в конструкциях здания, а лишь способствовало "оживлению" ранее существовавших.
2. Проведенное до 2000 года укрепление северо-западного угла здания буро-инъекционными сваями вызовет к 2004 году, по расчетным оценкам, стабилизацию экстремальных значений горизонтальных напряжений по отношению к их уровню в 2000 году. Однако, локальное увеличение жесткости основания здания под частью здания вследствие проведения укрепительных работ должно по прогнозу привести к дальнейшему росту экстремальных значений вертикальных растягивающих напряжений.
3. После планируемого частичного (принятого в расчете) усиления основания фундаментов здания ГИМ в районе Большого двора к 2010 году следует ожидать снижения экстремальных значений всех компонентов напряжений по отношению к 2000-2004 годам. Кроме того, экстремальные значения напряжений о2 окажутся не более величин, относящихся к 1 994 году, что позволяет ожидать снижения неравномерности осадок.
Расчеты, кроме того, показали, что к 2010 году даже после частич-
ного укрепления значительная часть основания в привязке к фрагментам фундаментов (99 из 208) остается перегруженной (р>Я). Правда, число фрагментов фундаментов, для которых к 201 0 году перегрузка основания составит 2 и более раз (р/К2), по сравнению с исходным состоянием уменьшилось вдвое (7 против 14 в 1994 году).
Таким образом, проведенное в 1999 году и планируемое на ближайшее время укрепление основания части фундаментов здания ГИМ, в целом, способствует улучшению условий взаимодействия массивной неразрезной конструкции здания и основания. Тем не менее, следует допустить, что в основании значительно перегруженных фундаментов по-прежнему будут развиваться медленно текущие, но достаточно устойчивые по времени деформации ползучести основания, неравномерные по его площади. Это не исключает, что со временем в конструкциях здания будут "оживляться" существующие в динамике дефекты (трещины) и, с меньшей вероятностью, возникнут новые.
Очевидно, достаточно радикальной мерой стабилизации медленно протекающих неравномерных осадок основания здания ГИМ было бы усиление и других, значительно перегруженных участков основания. В то же время, прогнозировать дальнейшее (после 2010 года) развитие осадок основания здания ГИМ на основе имеющихся на сегодняшний день данных было бы неосторожно. Достоверность экстраполяции уменьшается с удалением от ограниченного по времени периода наблюдений. Поэтому представляется целесообразным,
учитывая значимость здания и сложность протекающих в его основании процессов, продолжить систематические наблюдения за осадками здания и тенденциями в изменении во времени состоянием конструкций.
Это позволило бы, используя в настоящей статье методологию расчетного прогноза, более точно оценить перспективу изменения напряженно-деформированного состояния основания и конструкций здания ГИМ и более определенно разработать конкретные рекомендации по обеспечению нормальных условий его эксплуатации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алмазова Н.М., Потапов В.Д., Ухов С.Б., Долотказин Д.Б., Жаринов М.Ю., Знаменский В.В., Косицын
С.Б., Павлов С.В., Римский P.A., Семенов В.В. Пространственный расчет здания Государственного Исторического музея совместно с нелинейно деформирующимся основанием. - "Монтажные и специальные работы в строительстве". № 8 - М.: Корпорация "Монтажспецстрой", 2001.
2. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений. -М.: Стройиздат, 1986.
3. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В., Тер-Мартиросян З.Г., Чернышев С.Н. Механика грунтов, основания и фундаменты. - М.: АСВ, 1994; «Высшая школа», 2002, 2004.
4. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В. Причины возникновения и прогноз развития неравномерных осадок основания Государственного Исторического музея. - Основания, фундаменты и механика грунтов. № 4 - М.: 2001.
