Как театр начинается с вешалки, так и процесс возведения здания — с устройства фундамента. И от того, какая его конструкция будет выбрана, зависит не только стоимость объекта, но и его надежность. Какие типы оснований зданий сегодня считаются оптимальными, рассказал заведующий лабораторией РУП "Институт БелНИИС" Вадим Николаевич Лях.
"Универсальный солдат"
По словам ученого, сегодня наибольшее распространение получили фундаменты двух видов: в выштампованных котлованах с микросваями (ФСМ) и плитные.
Эффективность применения ФСМ подтверждает накопленный в Беларуси опыт строительства зданий с распорными нагрузками от трехшарнирных рам. Они, как правило, экономичнее не только забивных и буронабивных свай, но и фундаментов на естественном основании. Данный тип может использоваться при строительстве крупных торговых (гипермаркетов), логистических центров, но наибольшее распространение он получил при строительстве животноводческих комплексов.
"В настоящее время при возведении молочно-товарных ферм (МТФ) используются трехшарнирные железобетонные рамы прямоугольного сечения, — рассказал В. Н. Лях. — Наличие трех шарниров приводит к тому, что на фундаменты, на которые опираются эти рамы, передаются распорные нагрузки, имеющие вертикальную и горизонтальную составляющие. Воспринимать нагрузки от трехшарнирных рам должны фундаменты, имеющие повышенную сопротивляемость горизонтальным воздействиям, например, забивные пирамидальные сваи. Они более эффективны по сравнению со сборными фундаментами с наклонной подошвой".
Основным недостатком предложенного способа являются трудности забивки пирамидальных свай из-за большого угла наклона их боковых граней, особенно в песчаных грунтах средней прочности и прочных, а также в моренных. Порой это требует дорогостоящих дополнительных работ (лидерные скважины, подмыв и т. д.), а если не удается забить до проектной отметки, то срезка такой сваи вследствие большого сечения весьма трудоемка.
Фундаменты в выштампованных котлованах с микросваями изготавливаются в результате групповой забивки штампов-скважинообразователей с последующим бетонированием микросвай и котлована ростверка. Особенностью ФСМ является то, что в процессе забивки штампа происходит интенсивное уплотнение грунтов как по глубине, так и в стороны от оси фундамента. Это способствует получению одной из наиболее высоких удельных несущих способностей (до 3000 кН/м3 бетона) среди всех видов фундаментов, применяемых в настоящее время в строительной отрасли Беларуси.
Для разработки методов расчета ФСМ были проведены натурные испытания в основных видах грунтов Беларуси на вертикальные и горизонтальные нагрузки. Анализ результатов показывает, что несущая способность колеблется от 400 до 1200 кН и зависит от плотности грунтов (прочности), размеров штампов, т. е. эти показатели влияют на сопротивление грунта по подошве заглубленного ростверка, острию микросвай и их боковой поверхности. Главным преимуществом данного типа фундаментов является возможность использования их в любых грунтовых условиях Беларуси (кроме водонасыщенных, где требуется водопонижение). Они также могут возводиться в условиях залегания с поверхности насыпных и других слабых грунтов без их дополнительного уплотнения. Кроме того, такие фундаменты выгодно отличают простота технологии устройства, высокая скорость строительства, наличие нормативно-технической документации и строительных организаций, имеющих соответствующее оборудование и опыт возведения ФСМ. К слову, с применением этой технологии только в Минской области предполагается построить более 100 МТФ.
Плитный фундамент — основание будущего
Плитные фундаменты относятся к излюбленному типу проектировщиков, ведь применять их можно под любые виды зданий и сооружений (промышленные, сельскохозяйственные, дома усадебного типа, здания повышенной этажности). Актуальным при применении этих фундаментов является и то, что они полностью отвечают европейским стандартам фундаментостроения. "Если сравнить советскую и западную школы, они развивались параллельно, не пересекаясь, — рассказал заведующий лабораторией. — К примеру, когда мы уделяли внимание экономии строительных материалов, западная школа концентрировалась на надежности. Разницу в наших подходах к проектированию можно наглядно рассмотреть на примере здания американского посольства в Берлине. В качестве фундамента для этого строения служит монолитная железобетонная плита толщиной 1,1 м. Основанием этой плиты являются пески средней плотности и плотные, поэтому мы запроектировали бы столбчатые или ленточные фундаменты, являющиеся более экономичными. Безусловно, они были бы столь же надежными, однако обслуживание здания с плитным фундаментом снижает дальнейшие затраты на эксплуатацию сооружения. Отсюда можно сделать вывод, что с полным переходом на европейские нормы нам придется перестраивать всю свою "кухню" проектирования. Это повлечет увеличение стоимости строительства, но вместе с тем снизятся затраты на эксплуатацию зданий и еще больше возрастет степень надежности".
Эффективным решением также являются фундаменты из перекрестных лент. Их применение позволяет уменьшить толщину плиты и увеличить жесткость. В данном случае ленты выступают своеобразным несущим каркасом для плит.
По словам В. Н. Ляха, влияние советской школы сказывается и на жестком расчете толщины плитных фундаментов. При стандартной толщине 0,8–
1,0 м сегодня проектируются здания с плитами в фундаменте 0,4–0,5 м. Пример — высотное здание по ул. Платонова в Минске, где в основании заложена плита толщиной 0,6 м. Такая экономия материала позволила значительно снизить стоимость возведения дома не в ущерб качеству. Фундаменты такого типа применяются в Беларуси уже порядка 10 лет. Примеров их использования в Минске уже достаточно много: комплекс зданий на Немиге, строительство жилых домов по проспекту Газеты "Правда", в столичном м-не Уручье и др.
"В последнее время получил распространение еще один вид свай — винтовые, — добавил В. Н. Лях. — Способ не новый, но применяться в условиях нашей страны он стал совсем недавно. Институтом БелНИИС была проведена работа по подготовке рекомендаций к применению данного вида свай при строительстве гражданских и промышленных объектов (ответственный исполнитель — к. т. н. В. Н. Кравцов). Это особенно актуально при действии вертикальных выдергивающих нагрузок: при сооружении башен сотовой связи, других зданий башенного типа и линий электропередачи.
Союз основания и фундамента
При расчете фундамента большую роль играет именно основание — грунт, на котором будет возведено новое здание. "В отделе "Основания и фундаменты" РУП "Институт БелНИИС" сейчас развивается направление по улучшению физико-механических свойств оснований (предварительная инженерная подготовка, уплотнение, армирование), — пояснил Вадим Николаевич. — К примеру, это широко используется в условиях строительства в Венесуэле, где качество грунтов оставляет желать лучшего. Очень распространенной является ситуация, когда в уплотнении нуждается лишь часть стройплощадки. В этом случае ведется устройство сплошной монолитной железобетонной плиты на техногенном массиве из буронабивных свай малых размеров и диаметров, что обходится значительно дешевле, чем замена существующих грунтов или проведение мероприятий по их уплотнению. Таким образом, выравнивается их несущая способность.
Такая технология предполагает погружение в грунт штампов-скважинообразователей, за счет чего происходит его уплотнение. Затем проводится его бетонирование либо засыпка песчано-гравийной, цементо-грунтовой смесью с последующим уплотнением. За счет этого возможно увеличить несущую способность основания и таким образом снизить материалоемкость самих фундаментов. Подобного рода проект реализуется при строительстве жилого комплекса "Вивальди" в столичном м-не Уручье. Без этого решения потребовалось бы строительство длинных составных свай (более 20 м) или замена грунта. Естественно, эти решения "ударили" бы в первую очередь по карману дольщиков и привели бы к затягиванию сроков строительства".
С новыми технологиями нет "плохих" мест для строительства
Сегодня одним из перспективных направлений является строительство в условиях насыпных грунтов. Это направление курирует к. т. н., доцент, заведующий отделом "Основания и фундаменты" РУП "Институт БелНИИС", лауреат Премии Совета Министров БССР и Совета Министров Республики Беларусь Валерий Ефимович Сеськов. "Ранее на таких грунтах строить было вовсе запрещено, — вспоминает В. Н. Лях. — Работы по их отсыпке или забиванию свай требовали больших трудовых и материальных затрат. Новое направление предполагает уплотнение таких грунтов. За счет этого есть возможность получить новые площадки, ранее непригодные для строительства.
Например, при строительстве Ледового дворца в Барановичах, чтобы создать равномерную по высоте площадку с правой стороны от местного водохранилища, потребовалось сооружение насыпи грунта (в отдельных местах порядка 8 м). Таким образом, удалось избежать затрат на строительство свайного поля. Совместно с УП "Белпромпроект" мы эту задачу реализовали, а в 2009 году объект был признан одним из лучших в конкурсе строительных проектов".
Резюмируя сказанное, В. Н. Лях отметил, что строительство на насыпных грунтах является эффективным направлением, позволяющим быстро и качественно строить на любых основаниях.
Строить можно везде…
В последние годы Институт БелНИИС ведет обширную работу по так называемым специфическим грунтам. В частности, озерно-ледниковые грунты наиболее распространены на севере нашей страны и характеризуются слабой несущей способностью. В то же время для восточной части Беларуси характерны меловые отложения (мел, мергели), опасные тем, что при замачивании резко теряют свои прочностные свойства. "Итогом этих исследований стал выпуск ряда методических пособий в помощь проектным организациям, — пояснил Вадим Николаевич. — Следует отметить, что необходимость в их разработке возникла в момент обследования площадок для строительства Белорусской АЭС".