Правила проектирования и строительства зданий

Текст: В.Д. Ирхин, инженер-строитель

Автор статьи обосновывает необходимость введения новых требований к проектированию оснований и зданий и новых правил возведения зданий с учетом результатов технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений с оценкой по приведенной стоимости.

На рис. 1. виден фрагмент жилой застройки на Коммунистическом проспекте в г. Ростове-на-Дону. На переднем плане – жилое 16-этажное здание (дом N.28), остальные с номерами 30/1, 32/1, 34.
Все многоэтажки построены по единому проекту: фундаменты плитные, толщина 800мм, грунтовые основания скрыто- дефектные, потому что имеют водопроницаемую пористость и нагружены давлениями, превышающими давления начальной просадочности.

Скрытодефектность основания – это такое качество, которое проявляет себя, как правило, при неравномерных обводнениях. На сегодняшний день Скрытодефектность основания проявлена только под одной многоэтажкой. Результатом одностороннего замачивания основания под жилой многоэтажкой N.30/1 является чрезмерный наклон, что сделало эксплуатацию лифта невозможной. Ниже приведена статья из Интернета, которая освещает тот объем работ, который потребовался для восстановления нормальной работы лифта.

В Ростове выровняли падающую многоэтажку

16‐этажный дом в Ростове‐на‐Дону спасен от разрушения. Высотка накренялась в течение 5‐ти лет. Жители сами добивались спасения своего жилья.

В доме по адресу Коммунистический пр‐т, 30/1 отключили горячую воду, газ, остановили лифт и перекрыли мусоропровод. Но жильцы совсем не расстроились. Наоборот, очень рады, ведь в доме, наконец, начались ремонтные работы. 5 лет назад установили, что 16‐этажный гигант дал крен в 80 см.

«Пришли, замерили основание лифта,– рассказывает председатель домового комитета Нина Макаренко,– он отклонился на 42см. Механик отключил его, сказав, что лифт в таком положении невозможно эксплуатировать».

Только в этом году инициативная группа добилась выделения средств из областного бюджета на ремонт. Деньги немалые – выровнять крен стоит столько же, сколько и разобрать 16‐этажный дом.

Технология, утверждают специалисты, потребуется уникальная. Чтобы дом выровнять, его нужно приподнять.

«Домкратный узел подключает домкраты, которые поднимают здание,– комментирует технический директор проекта Михаил Зотов.– Первый цикл уже пройдён. Это здание уже оторвано, и по мере того, как пройдёт весь подъем, образовавшийся зазор мы зальем железобетоном, восстановим связи между поднятой и фундаментальной частями».

Высотку поднимают 127 домкратов. Ими управляет автоматизированная система – компьютер посылает ко‐ манды каждому подъемнику. Дом растет на 0,5 мм в минуту. Эту технологию в начале 1990‐х разрабатывал Ростовский государственный строительный университет. Сегодня она оказалась востребованной, как никогда.

«Зданий, требующих подъема, в России много, в Ростове их больше 10‐ти,– рассказывает президент РГСУ Виктор Шумейко.– Это очень экономичная технология».

Соседний дом‐близнец, по оценке строителей, тоже страдает от искривления. А у счастливых жильцов дома по Коммунистическому пр‐ту, 30/1 осталась только одна забота – вернуть лифт. Теперь ведь нужен новый, чтобы ходить по не искривленному маршруту. http://rosdon.ru/news/a‐6305.html

«Это очень экономичная технология»,– так выразился в статье президент РГСУ. Но его утверждение не соответствует произведенным затратам, составляющими 9,7 млн руб.:

– во-первых, прежде чем выровнять многоэтажку, пришлось много поработать алмазными инструментами: прорезать окна для установки домкратов, произвести их усиление и отрезать здание от фундамента (рис.2);

– во-вторых, пришлось отжимать все здание от фундамента 127-ю домкратами, выполняя компьютерное управление (рис.3), а после его выравнивания заливать железобетоном образовавшийся клинообразный зазор;

– в-третьих, примененная технология не устранила вредоносную пористость основания, которая опасна для здания в такой же мере, в какой были бы опасны для жителей многоэтажек лестничные марши без перил.

Сегодня выровненное здание эксплуатируется в штатном режиме, но не исключено обводнение его основания и с других сторон, тогда придется снова выравнивать здание, но с исключением затрат на приспособление фундамента к применению домкратной технологии. В очередь для приспособления фундаментов к применению домкратной технологии и для выравнивания «стали» соседний дом- близнец и более десятка остальных, упомянутых в статье.

Следует отметить, что в проектировании грунтовых оснований под многоэтажками применялись требования действующего СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» в стандартной последовательности:

– пункт 2.2 формула (5) таблица Приложения 4, где в п. 2.2 говорится о том, что основания должны рассчитываться по деформациям во всех случаях;

– где формула (5) запрещает любому виду деформаций основания превышать предельные значения;

– где в таблице Приложения 4 установлены предельные значения кренов, от- носительной разности, средних и максимальных осадок.

Недостаток традиционной последовательности выполнения требований СНиП 2.02.01-83*: малый процент использования прочностных и деформационных характеристик подфундаментных грунтов, примерно до 20%.

Безусловно, в деформационных прогнозах оснований произошла ошибка проектировщиков, иначе, если бы их деформационные прогнозы были достоверными, то они применили бы свайные фундаменты, тем самым довели бы давления на поверхности оснований до «нуля». Это увеличило бы строительные затраты, но исключило применение затрат ремонтных.

Не трудно понять, если прочностные и деформационные характеристики подфундаментных грунтов используются до 20%, то резервы составляют не менее 80%, и для того, чтобы использовать эти резервы в полной мере необходимо применять новые правила. Возможность использования грунтовых оснований без резервов появилась в 1999 г. Основанием этой возможности служит патент РФ No 2167243: «Способ посадки зданий на нескальные основания», реализация которого требует применения новых правил проектирования оснований и зданий и новых правил возведения зданий. Новые правила проектирования оснований и зданий – это находящаяся в резерве новая последовательность выполнения требований действующего СНиП 2.02.01-83*.

пункт 2.1 пункт 2.67 пункт 3.12* пункт 1.1 формула (16) формула (11):

– где в п.2.1 говорится о применении мероприятий, указанных в п.2.67-2.71;

– где в п. 2.70 перечисляются конструктивные мероприятия, в состав которых входит применение приспособлений для выравнивания конструкций сооружений, к таковым относятся регулируемые фундаменты, конструирование которых должно осуществляться по требованиям Приложения 2 СНиП 2.01.09-91 «Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах»;

– где пункт 3.12* подпунктом 2* Примечания 1 указывает: «Значения предельных деформаций оснований, приведенные в рекомендуемом Приложении 4, не распространяются на сооружения с применением комплекса мероприятий по п. 3.12* в) ...». Главный показатель – это крен здания.

– где пункт 1.1 подпунктом в) требует наиболее полно использовать прочностные и деформационные характеристики подфундаментных грунтов, а это воз- можно только при применении грунтовых оснований с нелинейным деформированием;

– где формула (16) определяет вертикальную составляющую предельного со- противления Nu нелинейно деформируемых оснований;

– где формула (11) устанавливает рас- четную, допустимую нагрузку F на нели- нейно деформированное основание.

Новые правила возведения зданий – это совмещение процесса строительства зданий с периодическими или эпизодическими процессами их выравнивания.

Для реализации технических решений «Способа посадки зданий на нескальные основания» по новым правилам наиболее эффективным является применение прерывистых фундаментов (рис. 4), так как в сравнениях со сплошными фундаментами, как с плитными, так и с ленточными, приспособленными для выравнивания зданий, они имеют существенные преимущества:

– во-первых, отсутствует необходимость поднимать здание в целом, потому что текущие наклоны здания по ходу строительства можно регулировать вдавливанием в грунт отдельных фундаментов;

– во-вторых, минимальное количество гидравлических домкратов, обеспечивающих выравнивание здания, может быть доведено до двух;

– в-третьих, поверхность основания, подошва дискретных фундаментов и распределительная балка способны совершать глубокие осадки практически при нулевом крене, поэтому нет необходимости заливать железобетоном клиновидные зазоры;

– в-четвертых, разрывы между фундаментными блоками могут быть любыми, определяемыми расчетами;

– в-пятых, если вылет консолей фундаментных блоков сделать «нулевым»,
то стеновая часть может служить оголовком буронабивных свай, как с уширенными пятами, так и свай без уширения пят. Дело в том, что при глубоких осадках расчетное сопротивление R, кПа, под нижним концом буронабивных свай (табл. 7.7 СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов») сравнимо с расчетным сопротивлением R под нижними концами вдавливаемых свай (табл. 7.1 того же СНиП).

С таким же успехом стеновая часть может служить и оголовками винтовых свай (п. 7.2.10,
и бурозавинчиваемых, п. 7.2.11).

Если бы здания проектировались
по новым правилам, то 16-этажные до-
ма на Коммунистическом пр-те выглядели так же, как и сегодня (рис. 5, три последних здания) только:

– под ними вместо плитных фундаментов были бы фундаменты ленточные, прерывистые, предусмотренные проектными решениями;

– под их фундаментами были бы основания, рассчитанные по несущей способности, а вертикальный рост зданий при формировании, как линейных, так и нелинейных деформаций оснований, был обеспечен рулевыми домкратами;

– осадки оснований, сформированные давлениями под несущий «потолок», превышали рост ребенка, что послужило бы преобразованием водопроницаемой пористости подфундаментных грунтов в пористость водонепроницаемую.

Фундаменты ленточные, прерывистые могут использоваться под высотными и небоскребными зданиями (рис. 5), но только с применением решений другого патента РФ No 2170305: «Способ увеличения прочности нескальных оснований», который требуют до некоторой глубины исключать из работы оснований, работу грунтов, находящихся за контурами подошвы фундаментов.

В расчетах грунтовых оснований такая работа учитывается применением модели Винклера, но в реальном строительстве законтурный грунт, начиная с уровня подошвы фундамента, всегда находится
в нагруженном состоянии. Деформации внутриконтурных грунтов станут независимыми лишь тогда, когда от законтурных грунтов их будут отделять вертикальными тонкими щелями, заполненными пластическими материалами, например, смесью глинопорошка с отработанным машинным маслом.

Таким образом, грунт приобретет новые элементы: грунтовые массивы под плитными фундаментами, грунтовые стены под ленточными фундаментами, грунтовые столбы под отдельными фундаментами. Чем глубже будут щели, тем больше будет осадка поверхности основания, тем плотнее будет структура подфундаментного грунта и выше его несущая способность, тем большим нужно закладывать строительный подъем при рытье котлованов.

Для устройства тонких щелей должно применяться навесное оборудование, которое используется для устройства
в грунтах тонких противофильтрационных завес (Справочник, основания и фундаменты, Москва, «Высшая школа», 1991, стр. 368).

Нет сомнения в том, что полная мера использования скрытых резервов СНиП и грунтовых оснований освобождает подфундаментный грунт от вредоносных
пор и чрезмерных резервов прочности,
а многоэтажные, высотные и небоскребные здания от массивных фундаментов и затрат на ликвидацию деформационных повреждений. Основанием для применения новых правил должно стать требование п. 1.1 СНиП 2.02.01-83*, в кото- ром говорится, что основания сооружений должны проектироваться на основе технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений с оценкой по приведенным затратам.

Оценка по приведенным затратам вариантов оснований с линейным и нелинейным деформированием – это обязанность проектировщиков и необходимость для автора патентов, так как определенный процент денежных средств от этой экономии должен оплачиваться за использование патентов.

Выводы:

– бездомкратное строительство зданий (а в России все многоэтажки построены без применения домкратов) не отвечает требованиям Федерального закона РФ от 30 декабря 2009 г. No384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». Если бы сегодня многоэтажные жилые дома с нанесенным вредом деформациями оснований (с трещинами в стенах и/или с чрезмерными наклонами), (рис. 6 и 7), заставить светиться, то над нашими городами были бы белые ночи.

– другое дело (рис. 8 и 9), когда строительное производство будет осуществляется с применением домкратного выравнивания по ходу строительства. Такие здания будут обладать эффективными фундаментами, а грунтовые основания под ними – надежной защитой от любых атак грунтовых вод.

На рис. 10 показана упрощенная модель взаимодействия здания с грунтовым основанием.

Если после каждого удара кувалдой
 по верхнему обрезу трубы производить выравнивание, конечно по необходимости, то труба будет погружаться в грунт всегда до отказа и всегда вертикально. Любое здание будет возводиться вертикально, этаж за этажом, если по ходу строительства с помощью домкратов удерживать «нулевой» наклон плиты перекрытия подвала в местах опирания на стены.

Технология выравнивания зданий по ходу строительства должны называться керлинг‐технологиями, а здания, возводимые с применением рулевых домкратов,– керлинг‐домами, керлинг‐ зданиями, керлинг‐сооружениями, так
как такие названия наиболее точно отражают их сущности: рулевые домкраты выполняют роль керлинг-щеток, а дома, здания и сооружения – роль керлинг-камней.

Сегодня ростовские строители возводят жилые здания высотой до 75 м, в основном с применением плитных и свайных фундаментов, что в значительной мере сказывается на себестоимости «квадратных метров» жилой площади. Самое высокое здание в Ростове-на-Дону имеет 24 этажа. Однако на рекламных щитах можно увидеть заявления о намерении возводить здания высотой в 30 этажей, а на плане Генеральной застройки города указана еще большая этажность зданий.

Вопрос: кто же должен проектировать такие здания? Вероятно те проектировщики, которые перестанут смотреть на действующие нормативные документы глазами ученых, принимавших участие в их разработках. Для того, чтобы строительное производство стало надежным и эффективным, нужно выполнять требования действующего СНиП 2.02.01 «с точностью до наоборот»: главенство деформационных расчетов должно уйти в прошлое, главенствовать должны расчеты прочностные.

Автор статьи, специалист по расчетам зданий, фундаментов и оснований, является одновременно автором вышеупомянутых патентов, предлагает свою помощь в расчете пионерного здания по новым правилам. Автор надеется на то, что ре‐ акция на его предложение будет конструктивной и напоминает: первым быть всегда почетно.