Товарищество сибирских геотехников

СТРОИТЕЛЬСТВО ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЯ ДАЕТ ТОЛЧОК ДЛЯ РАЗВИТИЯ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДОКУМЕНТОВ

Сегодня многие инновационные технологии, в том числе в фундаментостроении, приходят в строительную практику из высотного строительства. Этот процесс можно сравнить с конверсией: сначала новые технологии появляются в оборонной промышленности, а потом используются в гражданских отраслях. Так и в строительстве: сначала новые разработки применяются при строительстве уникальных зданий, а затем тиражируются на обычных объектах. На вопросы нашего журнала отвечает, заместитель директора по науке НИИ оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова (НИИОСП) Олег Шулятьев:

Олег Александрович Шулятьев

ОПЫТ ЛАХТА-ЦЕНТРА ПРИГОДИТСЯ ДАЖЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИКАМ

— Олег Александрович, в 2018 году будет сдаваться в эксплуатацию высотный комплекс Лахта Центр в Санкт-Петербурге. Специалисты института, когда проектировали фундамент, использовали множество инновационных решений, которые вызывают большой интерес у геотехников, в том числе иностранных. Вы применили уникальные буронабивные сваи, специальные методы исследования грунтов. Что по прошествии времени вам представляется самым сложным в работе на этом объекте?

— Башня Лахта Центра – 462 метра – будет самой высокой в Европе. А возводится она на самых слабых грунтах европейского континента. Фундамент должен опираться на прочный слой грунта. На Лахте он находится на 200-метровой глубине. В 2009 году, когда начиналось проектирование, не было оборудования, которое позволило бы «дотянуться» до прочного слоя. Поэтому уникальные буронабивные сваи пришлось размещать в слое вендских глин, чего раньше никто не делал. У нас не было никакого опыта по определению несущей способности буронабивных свай в таких условиях. И сами глины были исследованы мало.

Строительство ЛАХТА Центра

— Место для первого высотного здания в Санкт-Петербурге выбирали долго и тщательно. Почему же не приняли в расчет состояние грунта?

— В Санкт-Петербурге грунты везде одинаково слабые. Высотные здания стараются строить на скальных грунтах. В Нью-Йорке, Чикаго, Екатеринбурге скалы близко подходят к поверхности. Поэтому особых проблем там не возникает. В Питере же даже обычное подземное строительство развивается с трудом.

А в вендских глинах расположен единственный серьезный объект – метрополитен. Спустившись в метро, мы получили представление о глинах. Всестороннее обследования – в том числе лабораторными и полевыми методами – показали: глины достаточно прочные, поскольку были когда-то уплотнены ледником.

— А каково было мнение геологов?

— Ну, если бы мы на Лахта Центре приняли во внимание результаты испытаний геологов по вендским глинам, строительство башни и сегодня бы еще не началось. Геологи страшно осторожны. У них нет опыта исследования этих грунтов. Поэтому «на всякий случай» они приняли за основу своих рекомендаций самые худшие показатели. Но тогда мы обратились к ним и потребовали исследовать грунты более современными методами. И оказалось, что глины вполне пригодны для строительства. Мы сами для уточнения параметров грунта проводили его испытания сваями. В итоге выяснилось, что несущая способность свай в два – два с половиной раза превышает указанную в нормативных документах. Последующие события показали, что мы были правы. В настоящее время заканчивается возведение башни Лахта Центра. Строительство идет нормально.

— Какой конкретный опыт получила строительная отрасль от реализации проекта Лахта Центр?

— Мы предложили Минстрою России разработать рекомендации по расчету буронабивных свай на твердых глинах – с учетом нашего опыта. Раньше никто никаких расчетов на твердых глинах не проводил. Но строительство на твердых глинах будет вестись впредь и в других местах, и не обязательно высотное. На Лахта Центре заложены датчики – как в сами конструкции свай, так и в грунт основания. Получаемая информация позволяет нам совершенствовать методики расчетов. При необходимости можно будет корректировать нормативные документы. Тем более, что датчики рассчитаны на очень долгие годы работы. Кстати, если бы мы строили Москва-Сити сегодня, после Лахта Центра, то не все башни ставили бы на сваи. В Москва-Сити перемежаются скальный грунт и твердая глина. Большинство зданий можно было оставить на естественном основании, что обошлось бы значительно дешевле. А тогда побоялись, что глина не «выдержит» их веса. Думаю, что результаты исследований, проведенных на Лахта Центре, могут также пригодиться на строительстве скоростной магистрали Москва – Нижний Новгород – Казань. Поезда будут двигаться по отдельному пути, и значительная часть железнодорожного полотна будет находиться на эстакадах. К проекту привлекаются китайские специалисты, а у них все скоростные магистрали стоят на сваях.

НОВЫЙ ПОДХОД К РАСЧЕТАМ ДЕФОРМАЦИИ ФУНДАМЕНТОВ

— НИИОСП уже в третий раз провел ежегодную международную научную конференцию — Петрухинские чтения. Проходит она очень оживленно. Но реализуются ли предложения докладчиков на практике?

— Прежде всего, хочу сказать, что чтения посвящаются памяти Валерия Петровича Петрухина, руководившего нашим институтом в 2006 – 2014 годах. Он многое сделал для внедрения в геотехнику, в том числе высотное строительство, новых технологий. Поэтому чтения посвящаются инновациям в геотехнике, которыми он так интересовался. В программу включаются наиболее актуальные вопросы, имеющие практическое значение.

Устройство фундаментов Устройство фундаментов Лахта Центра

— В этом году будут внедряться какие-то предложения, прозвучавшие на конференции?

— Профессор Кристиан Краббенхофт из Ливерпуля представил программу расчетов деформации фундаментов c использованием стохастических (вероятностных) методов. Применение данной программы позволит оценить вероятность получения тех или иных значений деформаций, которая зависит от количества инженерно-геологических скважин, объема полевых и лабораторных исследований грунта, полноты учета воздействий (нагрузок) и других факторов. Наш институт эту программу купил и будет использовать ее одним из первых в мире. Мы планируем заложить данный подход к проектированию в нормативные документы с тем, чтобы им пользовались все строители и геотехники. Мы уже обратились с соответствующим предложением в Минстрой.

— Почему почти все выступавшие на чтениях так или иначе говорили об осадке зданий?

— Осадка – главный критерий при проектировании фундамента высотного здания. Поскольку от нее зависит крен здания, влияющий как на усилия в конструкциях, так и на нормальную эксплуатацию здания, в частности, работу лифтового оборудования. К примеру, башни Москва-Сити с момента постройки (10-20 лет) просели на 3-4 см – в пределах современной нормы. Исаакиевский собор в Санкт-Петербурге, построенный на дубовых сваях, опустился за 150 лет на полтора метра. Это очень много. Но в Исаакиевском соборе нет скоростных лифтов.

Подготовка основания Устройство свайного основания

ПОЛИМЕРНЫЕ РАСТВОРЫ — МАТЕРИАЛ БУДУЩЕГО

— На Петрухинских чтениях большой интерес вызвал доклад специалиста компании «Бауэр» Ларса Лиреша о полимерных растворах. Не могли бы вы рассказать подробнее, для чего они нужны?

— Полимеры – это большая группа материалов, которые могут сильно отличаться друг от друга по составу и свойствам. Состав конкретного раствора подбирается в зависимости от качества грунтов. Полимерные растворы применяются при устройстве свайных фундаментов. Их применяют для удержания стенок скважин при бурении. Мы для этой цели применяем бентонитовые растворы (бентонит – разновидность глины). При использовании полимеров несущая способность сваи при одной и той же длине в одних и тех же грунтах повышается на 30%. Другими словами, мы можем на 30% уменьшить количество свай. При этом применение полимерного раствора в конечном итоге получается не дороже бентонитового. Его требуется меньше, а утилизация проще. Неудивительно, что ведущие зарубежные компании активно применяют полимеры.

— Зарубежные компании не делают из этой технологии коммерческой тайны?

— Не делают. Но и не обсуждают ее широко в научной печати. Я первый раз услышал о полимерах на международном форуме геотехников в 2014 году в Париже.

— В России полимерные растворы уже тоже используются?

— Компания «Бауэр» применила их под нашим научно – техническим руководством на строительстве фундамента высотного здания «Ахмат Тауэр» в Грозном. Потом мы провели испытания буронабивных свай. Убедились, что они имеют высокую несущую способность.

— Что мешает широко распространить полимерные растворы на стройках?

— В России нет норм по их применению. В Грозном нам пришлось разрабатывать специальные технические условия. В нашей стране полимерные растворы применяются только при бурении глубоких нефтяных скважин. Строителям опыт нефтяников не подходит. Мы подали заявку в Минстрой профинансировать исследования полимеров. Если министерство пойдет нам навстречу, через год выдадим рекомендации по их применению. Через два года появятся нормы, и полимерные растворы можно будет применять при проектировании и устройстве буронабивных свай.

Разумеется, это не означает, что полимеры полностью вытеснят бентонит. В зависимости от целесообразности строители смогут применять и то, и другое. Внедрить эту технологию в России заинтересована фирма «Бауэр». Она готова профинансировать дополнительные исследования на стройплощадках. Но это только часть затрат.

Свайное основание

ЗДАНИЯ РАСШИРЯЮТСЯ … ВНИЗ

— Какие новые виды фундаментов предлагают строителям наука и промышленность?

— Совершенствуются имеющиеся свайные фундаменты. Увеличиваются длина, диаметр свай. Появились новые способы устройства свай типа Атлас и Фундекс. Они изготавливаются не путем выбуривания грунта из скважины, а путем уплотнения (вдавливания) грунта в стенки скважины при погружении с вращением специального наконечника в виде морковки. На стадионе «Зенит Арена» в Санкт-Петербурге таким способом сделана половина фундаментов.

— Технология отечественная?

— Нет, пришла извне. Хотя во второй половине прошлого века аналогичные оборудование активно разрабатывалось в Советском Союзе. Было изготовлено несколько опытных
конструкций, защищен ряд диссертаций. В институте горного дела Сибирского отделения АН СССР были разработаны и запатентованы конструкции, которыми заинтересовались ведущие зарубежные фирмы, в частности, немецкая фирма «Бауэр». Я тоже увлекался данной технологией. По моим чертежам даже были изготовлены несколько видов таких конструкций с максимальным диаметром 0,6 м. Но далее применениях на нескольких объектах дело не пошло. Сейчас Россия не выпускает оборудование для устройства свай, хотя раньше в Костромской области был завод такого профиля. Потом посчитали, что экономичнее приобретать оборудование за рубежом. А без собственного оборудования оказалось невозможно создать и качественную технологию.

— Какое-то свое оборудование для фундаментов все-таки делается?

— У нас есть патент на буроинъекционные компенсационные сваи. Они разработаны в нашем институте. Эти сваи применяются для усиления фундаментов существующих зданий. Шесть лет назад в Москве была проведена реконструкция консерватории. В настоящее время реконструируется Политехнический музей. Этим учреждениям стало тесно в стенах своих зданий. Построить рядом что-то новое нельзя, места нет. И они расширились … вниз, до 10 метров под землю. Для этого необходимо было вывешивать существующие конструкции зданий на сваи. Наши сваи позволили это выполнить практически без дополнительных осадок. Данная технология изготовления свай была успешно применена на многих объектах, в том числе при реконструкции комплекса зданий Высшей школы экономики на Покровском бульваре.

— Везде ли грунты позволяют строить под землей? Ваши питерские коллеги говорят, что в помещениях, расположенных в цокольных этажах, в подвалах протекают стены. А известная технология «стена в грунте» у них выглядит как «грунт в стене». Слабые грунты есть и в других городах.

— Как известно, сначала высотное здание собирались строить на Охте. Здесь проводились экспериментальные работы, было изготовлено несколько фрагментов стены в грунте. Их оснастили различными системами измерения качества выполнения работ и «поведения» окружающего массив грунта. Выяснилось, что и в этих грунтах стена в грунте получается такой, какой она должна быть. Но контроль за качеством работ должен быть очень высоким. Нужен человек – на Западе он называется супервайзер, который бы показывал строителям, как надо работать, контролировал их. По крайней мере, в сложных случаях. У нас такого звена в строительном процессе нет.

— Спасибо за беседу!

Отраслевой журнал «Строительство» #9-2017

  

Отраслевой журнал «Строительство» #9-2017