Перспективные исследования ученых и практиков в области фундаментостроения

В этом году Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений (НИИОСП) им. Н. М. Герсеванова (структурное подразделение АО «НИЦ «Строительство») и Международная ассоциация фундаментостроителей (МАФ) провели свои традиционные конференции практически одновременно, так что посетить сразу и ту и другую было непросто. Тем не менее, «Стройгазете» удалось ознакомиться с докладами, сделанными как на состоявшихся VII Петрухинских чтениях на тему «НИИОСП. Вчера, сегодня, завтра», так и на прошедшей в рамках выставки строительной техники и технологий CTT EXPO в МВЦ «Крокус Экспо» IX Международной научно-практической конференции «Основания и фундаменты: современные технологии, специальная техника, оборудование и материалы».

В результате сложилось общее впечатление от обоих мероприятий: устремленность в будущее как крупнейшего специализированного института в области оснований и подземных сооружений, так и других проектных институтов, стройкомпаний, производителей материалов и оборудования, наращивающих свой научно-технический потенциал и принимающих все более активное участие в совершенствовании нормативной базы в сфере строительства фундаментов.

Просто фантастика!

Сенсационное сообщение сделал в завершение своего доклада о вечномерзлых грунтах кандидат технических наук, руководитель Центра геокриологических исследований и заведующий лабораторией механики мерзлых грунтов и расчета оснований НИИОСП Андрей Алексеев. Среди сложных и интересных объектов, которыми сейчас занимается возглавляемый им коллектив, он назвал тоннель в мерзлых грунтах под Енисеем. В настоящее время заключается соответствующий контракт, и если проложить такой тоннель удастся, то, по словам эксперта, его строительство, возможно, станет прорывом в устройстве речных переходов в криолитозоне. Это особенно актуально в связи с тем, что после строительства Крымского моста в очередь выстроилось несколько проектов крупных мостов в Сибири и на Дальнем Востоке, в том числе Сахалинского, Ленского и Салехардского. Дело до их строительства пока не дошло, но если будет накоплен положительный опыт прокладки тоннеля под Енисеем, то в создании мостов и тоннелей на этой территории может быть сделан новый большой шаг.

В том, что это вполне реально, убеждают успехи в строительстве на северных территориях, достигнутые в последнее время во многом благодаря исследованиям в НИИОСП, о которых рассказал Андрей Алексеев. По его словам, институт вышел на ведущие позиции в стране и по объемам работ, и по интересным объектам. Так, если до недавнего времени, например, в Якутске строились в основном 5-6-этажные здания, а самые высокие дома дорастали до 12 этажей, то сейчас благодаря решению ряда геотехнических проблем, здесь, как и в европейской части страны, стали строиться 20-этажные дома из бетона, стекла и металла. Большую роль сыграла неоднократная актуализация главного документа по проектированию оснований и фундаментов — СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах», который существенно изменился в редакции 2020 года. Были разработаны и новые ГОСТ по морозному пучению, определению влажности за счет незамерзшей воды и трехосному сжатию мерзлых грунтов. Сейчас также разрабатываются два новых документа по определению теплофизических характеристик мерзлых грунтов. В связи с изменением климата в нормативные документы внесены корректировки, требующие дополнительных мероприятий по охлаждению грунтов. Кроме того, в 2020 году было разработано три новых свода правил по производству работ, эксплуатации зданий и сооружений и инженерной подготовке территории на многолетнемерзлых грунтах.

Толчком по активизации исследований в геотехнике на мерзлых грунтах в криолитозоне стало строительство нефтегазопроводов, а также крупных сооружений — электростанций и промышленных предприятий, которые предполагают увеличенные нагрузки строительства в сложных геокриологических условиях. Например, при проектировании электростанция «Ямал СПГ» Андрей Алексеев и его коллеги столкнулись с тем, что, согласно существовавшим нормативным документам, невозможно было обеспечить сохранение мерзлого грунта под таким массивным и масштабным зданием. Поэтому пришлось выполнять теплотехнические расчеты с помощью программных комплексов, решать задачи по термостабилизации основания здания. В результате было предусмотрено устройство вентилируемого подполья высотой 3 м с открытым цоколем. Под отдельными участками здания, в местах железобетонных фундаментов благодаря использованию 8 газотурбинных установок высоту подполья удалось сократить до 0,6 м. Для поддержания заданной температуры грунтов в основании здания подполье вентилируется с помощью 18 промышленных вентиляторов, располагающихся по цоколю здания.

На примере этой электростанции Андрей Алексеев показал, что основной способ устройства фундаментов на мерзлых грунтах — это применение буроопускных свай. Сложность состоит в том, что не все проектировщики могут определить плоскость сдвига возле сваи с минимальным сопротивлением. Кроме того, немногие знают, что, в отличие от талых грунтов, где прочностные характеристики меняются в основном под действием различных нагрузок, на несущую способность оснований и фундаментов на мерзлых грунтах влияет температура грунта. Поэтому устройству свайного поля электростанции предшествовали длительные испытания свай.

Другой объект в Якутии, на котором потребовалась искусственная термостабилизация, — Жатайская судоверфь, на нулевомцикле которой особую сложность для проектировщиков представляло соблюдение требования по соответствию уровня чистого пола цехов уровню планировочной отметки окружающей территории. В противном случае корпуса судов невозможно было бы выкатывать на открытый достроечный стапель. В связи с этим проветриваемое подполье устроить было нельзя, и чтобы обеспечить сохранность грунтов, пришлось произвести их термостабилизацию. С этой целью под подошвами ростверков в проекте предусмотрен теплоизоляционный слой толщиной 200 мм, под которым прокладывается система горизонтальных термостабилизаторов.

Первые шаги

Среди исследований, которые ведут частные фирмы, большой общественный интерес представляют разработки нормативных документов, позволяющих улучшить качество и безопасность фундаментов. Из докладов, сделанных на эту тему на конференции в «Крокус Экспо», показательным было выступление генерального директора петербургского ООО «ОЗИС-Венчур», кандидата технических наук Алексея Улыбина, проинформировавшего о ходе разработки предварительного национального стандарта «Сваи. Сейсмоакустический метод контроля длины и сплошности». Сейсмоакустический контроль свай применяется в мировой практике уже давно — первые публикации об этом методе появились в 1963 году. И в нашей стране есть нормативные документы, предписывающие применение данного метода, однако они не регламентируют, как именно с его помощью надо проверять сваи на сплошность и длину. Исключением, по словам Алексея Улыбина, является ГОСТ Р 59617-2021 «Дороги автомобильные общего пользования. Мостовые сооружения. Правила обследования фундаментов опор», в котором есть приложение по сейсмоакустике, но оно относится только к фундаментам автодорожных мостов.

В конце 2020 года в Санкт-Петербурге прошел круглый стол на тему «Сейсмоакустический контроль свай: проблемы и перспективы развития», участники которого решили, что необходимо восполнить этот пробел в нормативной базе и подготовить соответствующий стандарт без привлечения бюджетных средств. Разработать норматив за свой счет взялось ООО «ОЗИС-Венчур», которое, начиная с 2011 года, проконтролировало свыше 4 200 свай и выполнило более 60 экспериментальных исследований на натурных объектах и экспериментальных сваях. После того, как в декабре 2020-го это предприятие обратилось в ТК 465 ФАУ «ФЦС» с письмом о создании ПНСТ в инициативном порядке своими силами и средствами, он был включен в план разработки нормативов на 2021 год. В разработанном «ОЗИС-Венчур» документе описаны работы на сваях, объединенных ростверком, ультрасейсмический метод контроля длины и скорости волны в сваях, нормирован состав отчета по результатам исследований. К нововведениям документа относится и возможность контроля стальных свай и стыкованных железобетонных свай. Проект стандарта уже прошел общественное обсуждение и сейчас дорабатывается с учетом полученных замечаний.

О необходимости усиления контроля свай свидетельствует и доклад директора пермской строительной компании «ИнжПроектСтрой» Алексея Малинина об одной особенности струйной цементации грунта, а именно, о потере гидравлического давления в шланге, которым инъекционный комплекс связан с подвижной буровой машиной. Согласно проведенным докладчиком расчетам, из-за гидравлического сопротивления трубопровода в среднем режиме работы насоса на каждый метр шланга диаметром три четверти дюйма теряется одна атмосфера. А если насос работает на полную мощность, то через 200 м от него давление в шланге падает до нуля, и никакой струйной цементации уже не происходит. Не спасает положение и применение шлангов большего диметра. Дюймовый шланг выдерживает меньшее давление, но он тяжелый и к тому же более дорогой. Участники дискуссии сошлись на том, что выходом может быть только использование вместо шлангов металлических труб, как это делают за рубежом. Применяет их и темрюкское ООО «ГРИС», но, по словам генерального директора предприятия Александра Павлова, эта практика пока не нашла широкого применения, так что исследования в этом направлении надо продолжить.

Справочно:

В рамках VII Петрухинских чтений по теме «НИИОСП. Вчера, сегодня, завтра» свыше 100 ученых и специалистов в области строительства обсудили актуальные вопросы проектирования, геологических изысканий, геотехники. Конференция проходит в НИИОСП с 2015 года. Ставшие традиционными чтения носят имя Валерия Петровича Петрухина — профессора, почетного строителя Москвы, директора НИИОСП в 2006-2014 годах.

Около 120 экспертов и специалистов стройотрасли приняли участие в IX Международной научно-практической конференции МАФ «Основания и фундаменты: современные технологии, специальная техника, оборудование и материалы». Деловая программа мероприятия, помимо докладов и дискуссий, включала в себя посещение выставки CTT Expo, где все желающие могли познакомиться с новинками стройтехники.

Алексей ТОРБА

«Строительная газета», 3 июня 2022 г.

На снимках: Вентилируемое подполье Якутской ГРЭС-2 высотой 1,2 метра. Для поддержания заданной температуры грунтов подполье круглогодично вентилируется с помощью 28 осевых канальных промышленных вентиляторов, которые располагаются по цоколю здания в конце 28 воздуховодов, закрепленных на перекрытии подполья. В качестве фундаментов приняты буроопускные железобетонные сваи сечением 400х400 миллиметров, длиной 10 и 12 метров.

Фото предоставлено Андреем Алексеевым.

Алексей Улыбин и Алексей Малинин выступают на IX Международной научно-практической конференции «Основания и фундаменты: современные технологии, специальная техника, оборудование и материалы» в Москве.

Фото автора