Многие знакомы с опытом устройства свай-РИТ и креплением глубоких котлованов. Сваи-РИТ включены в актуализированную редакцию СНиП 2.02.03-85, Свайные фундаменты, под названием «Свод правил» - СП 24.13330-2010. Кроме того, они стали пользоваться спросом и у частных заказчиков. На сайте blogostroy.ru, «Геотехнические проблемы России» можно прочитать, как геотехники делают сваи-РИТ, крепят глубокие котлованы, решают проблемы, учатся на ошибках, добиваются успехов.
Заведующий кафедрой строительного производства ПГТУ профессор А.Б. Пономарев отмечает [1], что анализ аварий последних лет, произошедших в России и за рубежом, показывает, что свыше 70% «отказов» зданий происходит по причине ошибок на стадии геотехнических работ.
Известный австрийский геотехник профессор Хайнц Брандль написал [2]: «Говорят, что хирурги хоронят свои ошибки, а геотехники «прячут» в земле свои успехи. На достижениях геотехников архитекторы возводят здания и получают все лавры. О геотехниках же вспоминают, если что-то работает не так».
Строители помнят, что еще недавно глубина котлованов в массовом строительстве не превышала 3…4 метра. В настоящее время устройство котлованов глубиной 10 м в крупных городах стало обычным явлением, поэтому в Градостроительный кодекс внесли поправки (N337-ФЗ от 28.11.2011), и к уникальным объектам стали относить котлованы глубиной уже более 15 м.
С увеличением глубины котлована стоимость строительства быстро возрастает, поэтому понятны стремления инвесторов уменьшать затраты: инженерно-геологические изыскания сделать в урезанном виде, проект заказать в недорогой организации, пусть даже с нулевым опытом подобных работ. Научное сопровождение долой – это «излишество» развитого социализма. Подрядчик самый дешевый, не важно, что он «гонит» брак, работает «с черным налом» и скрывается от налогов. Последствия такого «удешевления» предсказуемы – общие затраты, включая переделки и ремонты окружающих сооружений, в итоге превышают цены, предлагаемые опытными подрядчиками. Это не считая сорванных сроков, испорченных нервов и исчезнувшего ответчика…
В этой статье рассмотрим проблемы устройства глубокого котлована в условиях плотной застройки и при правильном выборе геотехнического подрядчика для реализации строительства гостиницы Marriott по адресу пр. Революции, д. 38 (г. Воронеж), примыкающей к зданию функционирующего универмага и Альфа-банка, занимающего часть первого этажа и подвала ЦУМа.
Фото 1. ЦУМ в г. Воронеже. Вид с пр. Революции.
Фото 2. ЦУМ, вид со двора после сноса строений, в период устройства в подвале свай усиления здания, декабрь 2012 г.
Для строительства здания гостиницы с 4-х этажной подземной парковкой в соответствии с техническим заданием, на площадке размером 65 на 65 м, в условиях плотной застройки, предстояло выполнить котлован глубиной 15 м (абсолютная отметка дна 144,2 м). Для снижения стоимости крепления заказчик потребовал предусмотреть пионерный котлован (глубиной 5 м) с бортами под углом естественного откоса (45⁰) и бермой шириной 1 м от ограждения основного котлована.
Геологическое строение участка было исследовано до глубины 45 м. В процессе инженерно-геологических изысканий было выполнено восемь разведочных буровых скважин, абсолютные отметки устьев скважин 149,0…149,6 м, выделено 10 инженерно-геологических элемента (ИГЭ).
После оценки влияния устройства котлована на здание универмага был выполнен проект усиления основания фундаментов. Согласно проекту сделали 311 свай-РИТ диаметром 200 мм, длиной от 9 м, под фундаментом со стороны пр. Революции, до 21 м под фундаментом со стороны котлована, последние выполняли с предварительным обжатием вертикальной нагрузкой 20 т на сваю. В осях 1-3 на первом этаже размещается банк, а в подвале - банковское хранилище. Заказчик не согласовал доступ к подвальным помещениям хранилища банка и внутренним фундаментам части здания, примыкающей к историческому зданию, построенному в 1880 г. (пр. Революции, д. 44) и чудом уцелевшему в годы Великой Отечественной войны, когда на месте города остались горы кирпичного боя. Кроме того, со стороны котлована заказчик не смог вынести на этом участке действующую канализацию, выходящую из функционирующего ЦУМа, магазина парфюмерии и банка. Из-за этого стену со стороны котлована в осях 1-3 вывесить на сваях было невозможно. Для минимизации и выравнивания осадок здания ЦУМа и примыкающего исторического дома был предусмотрен противодеформационный барьер по патенту №2405890 [3], представляющий многоярусное компенсационное глубинное уплотнение грунта с использованием технологии уплотнения грунта разрядами импульсов тока высокого напряжения в зоне не усиливаемых фундаментов как снаружи, так и внутри котлована.
При оптимизации проекта крепления бортов котлована был принят самый дешевый вариант: ограждение из 322 труб Ø273х9, 325х8 и 426х8 мм длиной до 22,5 м, повторного применения, погружаемых в пробуренные скважины. Шаг труб 750–1000 мм. Между трубами предусмотрена забирка из досок толщиной 40 мм, а с глубины 7 м - 50 мм.
Для крепления труб предусмотрено 328 предварительно напрягаемых анкеров-РИТ в 3-4 яруса шагом от 1,5 до 4 м, в углах котлована, где возможно предусмотрены распорки. Расчетные нагрузки в анкерах 30-80 т, испытательная нагрузка 36-96 т, блокировочные нагрузки 24-64 т. Длина анкеров 11-18 м.
Фото 3. Для приготовления на строительной площадке бурового раствора, цементного раствора и бетонной смеси на объект перебазировали контейнерный бетонный завод, смесители, накопители, бетононасосы, в т.ч. один мобильный на гусеничной базе.
Фото 4. Работы начали с устройства свай усиления основания. В стесненных условиях подвала, где едва помещался буровой станок, изготавливали сваи-РИТ глубиной до 20 м, а покупатели на вышерасположенных этажах ЦУМа не подозревали, что происходит у них под ногами.
Фото 5. До поздней ночи светятся окна в ЦУМе, значит, строители не мешают ходу торговли.
Известно [4], что трубы, свободно установленные в скважины диаметром большим диаметра труб, выдерживают на 25% меньшую нагрузку, чем бурозавинчиваемые трубы, имеющие с грунтом плотный контакт. Заполнение скважины цементным раствором до установки труб, обеспечивает устойчивость стенок скважин и беспрепятственное погружения труб до проектной отметки без динамических воздействий. Раствор, повторяя неровности стенок скважины, после схватывания цемента, обеспечивает значительно большее трение грунта по цементному раствору, чем по металлу. У труб, заполненных цементным камнем прочностью выше 10 МПа, приведенное сопротивление изгибу на ~15% больше, чем у полых труб. Анкеры запроектированы с наклоном 30° к горизонту, поэтому при натяжении анкеров возникает вертикальная сила, которая вдавливает трубы ограждения, даже заполненные внутри цементным раствором. Суммарная вдавливающая нагрузка, приведенная на одну трубу, достигает 30 т. Обработка разрядами импульсов тока (РИТ) скважин, заполненных цементным раствором, до установки труб значительно уменьшает осадки труб от вдавливающей нагрузки.
Проектом предусмотрен непрерывный мониторинг динамики нагрузок в анкерных тягах со стороны здания ЦУМа, для чего на каждый анкер предусмотрена установка датчиков. Кроме того, предусмотрено проведение периодических инклинометрических измерений горизонтальных деформаций труб ограждения котлована (см. фото 12).
Фото 6. После устройства свай в подвале вдоль наружной стены ЦУМа и откопки пионерного котлована со стороны двора, в стене просверлили отверстия в створе свай. Сваи снабдили оголовками из стальных труб Ø219 мм.
Фото 7. Сквозь отверстия, просверленные в стене подвала, просунули двутавровые балки и забетонировали. На стальные оголовки свай под одной балкой установили домкраты и после создания вдавливающей нагрузки 20 т приваривали оголовки свай к балкам с помощью сегментов труб. Домкраты переставляли на следующую пару свай.
Как высказался 24.06.2013 г. в интернете Yuna Форумец: «Если судить по СМИ, то конечно, все плохо, и дома обрушатся близлежащие, и облик исторического центра испортят. Главное, чтобы большая яма, вырытая почти до ядра Земли в центре города, не превратилась в ненужный никому долгострой».
Форумец «немного» преувеличил, котлован до 15 м, а не до ядра Земли. Блогер Pavel Модератор на сайте http://www.citytowers.ru/viewtopic.php?id=3571 13.03.2013 г. в 14:58:40 в сообщении #17 напомнил, что впервые о намерении реализовать проект по строительству гостиницы Marriott руководство ОАО «ЦУМ-Воронеж» заявило в марте 2012 г. Общая стоимость проекта около 4,5 млрд руб. Далее Павел информирует: «Комплекс работ по укреплению фундамента ведется по уникальной разрядно-импульсной технологии (РИТ), которая применена в Воронеже впервые. РИТ-технология уникальна тем, что может применяться в густонаселенных районах, а также в исторических центрах городов, где ограничен доступ к укрепляемым сооружениям, или работы ведутся на объектах, относящихся к памятникам архитектуры».
По словам Юрия Камзолова, директора строительной компании «СМУ-95», которая является генеральным подрядчиком объекта, применяемая технология обладает множеством преимуществ по сравнению с традиционными методами по укреплению оснований объектов в ходе строительных работ. «Данная технология предполагает бурение скважин, которые заполняют бетонной смесью, и обрабатывают серией высоковольтных электрических разрядов. Это придает высокую прочность свае и укрепляет грунт. При этом процесс создания сваи не оказывает негативного влияния на усиливаемые конструкции и рядом стоящие здания и сооружения. Всего по проекту укрепления на объекте будет сделано более 400 свай». Сказано коротко и практически точно.
Длина свай-РИТ со стороны котлована составляла 20 м, что на 2,35 м глубже нижних концов труб ограждения, диаметр свай 180 мм, со стороны проспекта длина свай 14 м от поверхности земли, под колоннами 9 и 10 м. Ближний к котловану ряд свай в зоне максимальных моментов имел усиленное армирование.
Фото 8. После бетонирования ростверков и набора бетоном прочности приступили к устройству ограждения котлована: бурению скважин, заполнению их цементным раствором, обработке разрядами импульсов тока напряжением 9 кВ и погружению на этом участке труб Ø325х12 мм.
Фото 9. Со стороны пр. Революции сваи делали, используя «подвальные» буровые станки, и чтобы «не распугать» покупателей ЦУМа, установили сплошное ограждение.
Фото 10. Установка труб Ø273х10 мм в ограждение котлована на этом участке. Состояние стройки на 14.12.12 г.
Фото 11. Расчетные горизонтальные перемещения после отрывки котлована достигают 20 мм без учета технологических деформаций. Для уменьшения влияния технологии работ вдоль ЦУМа был выполнен противодеформационный барьер с использованием РИТ. Бурили скважины диаметром 150 мм, заполняли их цементным раствором и обрабатывали РИТ. Контролировали качество по количеству доливаемого раствора, объем которого в 4…6 раз превышал геометрический объем скважины при начальной заливке. Для контроля горизонтальных перемещений были выполнены четыре скважины, обсаженные трубами ПВХ Ø100х3 мм с заполнением полостей между стенками труб и скважин цементо-бентонитовым раствором, для инклинометрических измерений в дальнейшем.
Фото 12. Так выглядит стена подвала ЦУМа после устройства ростверка, установки ограждения из труб Ø325 мм и разработки грунта в котловане до абсолютной отметки 140,0 м (глубина от поверхности земли 9 м).
Фото 13. Устройство противодеформационного барьера внутри котлована вблизи с существующим серьезным зданием. Момент обработки скважины РИТ.
Фото 14-15. Слева от забора серьезное офисное здание, справа сразу за забором будет котлован глубиной 14,4 м, поэтому для снижения технологических деформаций выполняется противодеформационный барьер внутри котлована.
На разных форумах в интернете обсуждают причины частой приостановки строительства. Gennadiy81Registered User в догадках спрашивает: «Только вот непонятно, почему все-таки приостановили. Смена подрядчика – смешно. Подобные стройки идут беспрерывно и полным ходом, несмотря на смену подрядчиков во время строительства».
А ответ тривиальный: строителям не платят и они не работают. Точно так было и на этом объекте. В периоды задержки платежей увозили оборудование туда, где платят. За это время успели параллельно сделать работу на трех объектах (два в Воронеже: ул. 45 Стрелковой дивизии, участок 226В, в торце 17-этажного дома, для возможности его строительства до восьмого этажа на бровке котлована, пока бетонировали подземную часть пристройки, для чего установили трубы ограждения котлована и три яруса грунтовых анкеров; другой объект на ул. Плеханова, д. 53, где сделали 26 свай-РИТ длиной 13 м под нагрузку 133 т/сваю; и в пос. Подгоренском на цементном заводе сделали еще 99 свай-РИТ).
Проблемы неплатежей - это бич современной действительности. Кроме того, пять месяцев простоял большой буровой станок, так как заказчик по договору не поставил трубы Ø426х10 мм.
Заказчики, платите за выполненные работы в сроки по договору и не беритесь за поставку материалов, это не дает вам реальной экономии, а приводит к убыткам из-за срыва графика работ. То, что можно сделать за три месяца, растягивается на год!
Для строителей простой – хуже стихийного бедствия, простои съедают всю прибыль, на которую рассчитывали, заключая договор.
Фото 16. Наглядный результат простоя из-за отсутствия поставки заказчиком труб. На одной половине котлован откопан до проектной отметки, а на другой - только начали устройство крепления вдоль ЦУМа, как только привезли трубы Ø426х10 мм. Но радоваться рано. Сумма долга с 29% стоимости всех работ в котловане на начало мая возросла к 10 июня до 30%. А сложность работ и сроки выполнения увеличиваются, что хорошо видно на фото 18.
Фото 17. Грунт в глубоком котловане допускается разрабатывать поярусно, выполняя крепление анкерами каждого яруса. Цементный раствор в корне анкера, независимо от размера участка (весь котлован или участок длиной 30 м), должен набрать достаточную прочность, чтобы выдержать испытательную нагрузку в верхнем ярусе 36 т, в среднем 78 т и в нижнем 96 т на каждый анкер! В этом состоит увеличение сложности работ и сроков их выполнения. Работу приходится выискивать и выполнять небольшими участками, что значительно дороже. Тем более, на участке, где работает СО-2, заказчику не удалось вынести канализацию и кабели, поэтому на этом участке пионерного котлована не будет, а будет четыре яруса анкеров и в самом углу котлована система раскосов, а для уменьшения горизонтальных перемещений внутри котлована будет выполнен противодеформационный барьер. На фото большой станок бурит скважины для установки труб Ø426х10 мм, станок поменьше (весом 24 т) бурит скважины под анкеры самого верхнего яруса.
У читателей может возникнуть вопрос, для чего сделана стена из труб в центре котлована перед экскаватором? Это фрагмент ограждения котлована с шестью анкерами, который изготовили наши аспиранты за счет ООО «МПО РИТА» в периоды простоев для проведения исследований работы анкеров при разной длине корневой части. Так мы поддерживаем прикладную строительную науку.
Фото 18. Левая часть котлована откопана до проектной отметки, а правая часть котлована еще долго будет сдерживать ход работ по возведению здания.
Фото 19. Установка анкеров под ЦУМ закончена, начата разработка грунта последней захватки для бетонирования фундаментной плиты
Инженерные знания позволяют преодолеть сложные технические проблемы, а вот проблемы, искусственно создаваемые людьми, например, неплатежи, становятся непреодолимым барьером на пути нормального строительства.
Еремин Валерий Яковлевич, к.т.н.
технический директор
ООО «МПО РИТА»
Использованная литература
1. Пономарев А.Б. Проблемы строительства в условиях плотной городской застройки.// Форум-газета предпринимателей Пермского края: Деловое Прикамье. 26.06.2010.
2. Брандль Х. Роль инженера-строителя и геотехника в современном обществе. Этические и философские аспекты. Проблемы и рекомендации. В сборнике «Развитие городов и геотехническое строительство», № 10, С.-Пб., 2006, с. 17-46.
3. Бахолдин Б.В., Бобков С.В., Еремин В.Я., Еремин А.В., Раянов С.Ф., Сарафанов Н.В., Сигута Ю.В., Татурин А.Ю., Тихонов М.С., Ястребов П.И. Способ глубинного компенсационного уплотнения грунта. Патент на изобретение №2405890, опубликован 10.12.2010, Бюл. №34.
4. Буданов В.Г. Исследование взаимодействия подземной части одностоечных свободно стоящих опор с грунтом основания. Автореферат дисс. к.т.н. – М.: НИИОСП, 1976, с. 24.
В статье использованы фотографии из интернета, автор РаvеI Модератор