Фундамент – основание здания,
и чем оно прочнее, тем долговечнее строение.
Стоимость фундамента составляет около 15-20 процентов от стоимости дома. Исправление неправильно выполненного фундамента трудновыполнимо, и затраты на эти работы могут достичь уже 30 процентов от стоимости дома. Поэтому к выбору фундамента нужно подойти
очень ответственно. Фундамент –
это основа дома, и поэтому
он должен быть крайне надежным.
Фундаменты зданий защищены от прямых атмосферных и иных воздействий внешней среды, они могут сохраняться веками даже после исчезновения надземных объемов зданий. Это не означает, что фундаменты всегда долговечнее наземных конструкций зданий, в определенных условиях, обусловленных климатом, особенностями геологический среды, техногенными воздействиями, фундаменты получают опасный износ в относительно короткие сроки, а грунты оснований – деформации, приводящие к аварии. В этих случаях в стенах и сводах перекрытий зданий появляются трещины, постройки могут получать крен, перекос и прогиб, может возникнуть обрушение здания в целом или его отдельной части. В этих случаях возникает особая проблема – усиление фундаментов и оснований. В полной мере сказанное относится и к историческому ядру Санкт-Петербурга, и даже к спальным районам города. Важное место в этом направлении строительства занимают геотехнические проблемы, то есть вопросы усиления и реконструкции оснований и фундаментов.
Зри в корень!
При оценке недвижимости необходим комплексный подход к решению задачи, это означает, что требуется объективная оценка не только видимых частей зданий (стен, перекрытий, лестничных клеток), но и скрытых, прежде всего фундаментов. Пренебрежение этой информацией приводит к тяжелым последствиям, непредвиденным расходам. Например, жилой дом на 8-й Советской улице несколько лет назад был приватизирован и подвергся глубокой и дорогостоящей реконструкции. Однако состояние фундаментов и, главное, строение основания в проекте реконструкции не рассматривались. Старые трещины в стенах были расшиты, здание было отделано («евроремонт»), сдано в эксплуатацию. По прошествии 3 лет в стенах раскрылись трещины, поскольку под зданием залегает слой торфа переменной толщины, а под фундаментами – полусгнившие бревна-лежни. Для устранения возникших неполадок потребуется дорогостоящая реконструкция фундаментов, состоящая в пересадке здания на сваи.
Как правило, информация о конструкции фундаментов и тем более об их техническом состоянии в исторических чертежах отсутствует. Архитекторы прошлых столетий за редким исключением фундаменты на чертежах не изображали. Назначение конструкции, материалов, основных размеров фундаментов было прерогативой подрядчика, который опирался на вековую традицию, собственный опыт. Качество фундаментов во многом зависело от порядочности подрядчика как профессионала. Тип фундамента определялся массой здания, грунтовыми условиями площадки, о которой не всегда имелась достаточная информация, набором местных материалов. В этой связи следует отметить два момента:
1) Необходимая информация может быть получена посредством вскрытия фундаментов шурфами, выполнением обмеров, испытаний материалов и грунта несущего слоя. Результаты обследований представляются в форме поперечных разрезов фундаментов всех несущих стен и колонн здания, дается оценка о величине расчетного сопротивления основания, которая сопоставляется с фактическим давлением на грунт.
2) В центральных районах города с поверхности до глубин порядка 20 метров повсеместно залегают слабые грунты (текучие глины и суглинки, рыхлые водонасыщенные пески, открытые и погребенные торфа, техногенные грунты – свалки, отвалы зол и других отходов производств). Плотные грунты – морена, суглинок с валунами и коренные глины – залегают глубже 20 метров, а местами (например, в береговой зоне Васильевского острова) – глубже 50 метров.
По указанным причинам до 60-х годов
ХХ века обеспечить зданиям безосадочное основание было технически невозможно, поскольку деревянные сваи не могли быть длиннее 12 метров. Пример Исаакиевского собора подтверждает сказанное. Известно, что это здание размерами в плане примерно 100х100 метров, имеющее массу около 3 000 000 кН, построено на фундаменте, в составе которого
24 000 деревянных свай и сплошная плита из природного камня, заглубленная в грунт на
5 метров. Затраты на этот фундамент были весьма велики: по смете, имеющейся в архиве, они составили 10 процентов затрат (2 млн рублей серебром). Несмотря на это, осадка здания превысила 1 метр, разность осадки, выразившаяся в форме крена полов здания, достигла почти 40 сантиметров.
Износу подземных конструкций зданий способствовали и такие факторы, как неуправляемый рост культурного слоя, высокий уровень грунтовых вод и силы морозного пучения грунтов, вибрации, вызванные транспортными нагрузками, строительством, промышленностью.
Так было раньше…
Первые 100-120 лет со дня основания города фундаменты «казенных» зданий строились особенно тщательно. В траншеи, окопанные под ленточные фундаменты несущих стен, забивались деревянные сваи, поверх которых выполнялась кладка фундаментов. Именно так были построены фундаменты стен Петропавловской крепости, Петропавловского собора, Ростральных колонн, Александровской колонны, Исаакиевского собора, многих других. Некоторые здания (примеры – Зимний дворец, Новый Эрмитаж) были построены на сплошных плитах…
Во второй половине ХIХ века появились доходные дома, этажность которых от десятилетия к десятилетию возрастала и достигла в начале ХХ века семи этажей. При этом качество фундаментов стало заметно хуже, допускались многочисленные отступления от прежней традиции, «Устава строительного Российской империи», от здравого смысла.
…а так сейЧас
За последние 50 лет в городе случались геотехническое аварии, которые не получили освещения в технической печати. Поэтому одни и те же ошибки изысканий, проектов и технологии повторялись. Приведем примеры. В 1973 году при завершении строительства шестиэтажного дома в Пушкине возник выпор грунта из-под подошвы фундаментов в подвал; здание просело на 120 сантиметров за 2 месяца, получило повреждения и было разобрано. Анализ причин показал, что котлован, окопанный на проектную глубину 2 метра, был открыт 2 года. За это время существенно изменились свойства грунта, и принятые в проекте размеры подошвы фундаментов несущих стен оказались недостаточными.
В 1988 году было выполнено обследование надземных конструкций и фундаментов дома 32 по набережной Робеспьера. Установлено, что здание наклонено в сторону набережной. Карниз фасадной стены сместился от вертикали на 50-62 сантиметра, а разность отметок междуэтажных перекрытий (поперек здания) достигла 30 сантиметров. Результаты высотной съемки цоколя показали, что разность высотного положения отдельных точек превышает 52 сантиметра, стены получили прогиб и связанные с этим сквозные трещины. Несмотря на значительные затраты на усиление фундаментов, усиление стен стяжками и рамами, здание было признано аварийным и подлежит сносу. Заметим, что половину первого этажа занимала страховая фирма, которая вложила значительные средства в оборудование и отделку офисных помещений.
В течение 10 лет предпринимались попытки выполнить капитальный ремонт жилого дома 1 на Малом проспекте Васильевского острова постройки 1912 года. Как показали обследования, это здание имело крен в сторону набережной Адмирала Макарова с отклонением карниза наружной стены более 50 сантиметров, разность отметок полов первого этажа превысила 60 сантиметров, в стенах имелись многочисленные зияющие трещины. Установлено, что здание занимает участок русла реки Малая Нева, которое было поднято насыпным грунтом низкого качества. Пытаясь прорезать насыпной грунт, строители выполнили из бутового камня фундаменты, подошва которых была заглублена в грунт на
5,2 метра (на 2 метра глубже уровня воды в реке). По данному параметру этот фундамент не имеет аналогов, его строительство в начале прошлого века явилось технологическим достижением. Тем не менее прорезать восьмиметровую толщу насыпного грунта не удалось, и осадка здания превысила допустимые пределы в несколько раз. Здание пришлось разобрать.
Есть способы!
Способы усиления и реконструкции фундаментов и закрепления основания можно условно разделить на две группы: традиционные и современные. Традиционные способы состоят преимущественно в увеличении ширины подошвы фундаментов, то есть обеспечивают уменьшение удельного давления на грунт. Другой способ – углубление подошвы фундамента, что может обеспечить опирание подошвы фундамента на подстилающий плотный грунт, замену сгнивших деревянных элементов минеральным материалом. Усиление фундаментов домов, попавших в зону подработки при строительстве метро, обычно осуществляется подведением под поврежденное здание сплошных фундаментных плит. Работы по усилению фундаментов традиционными способами были трудоемкими, отнимали много времени и средств.
Современные способы усиления фундаментов и оснований базируются на двух принципах: пересадка здания на сваи и закрепление грунтов оснований инъекцией в грунт строительных растворов. Кроме того, эти работы обычно включают меры по усилению кладки фундаментов.
МНЕНИЕ СПЕЦИАЛИСТА
Микробиота –
главный враг
фундамента
Р.Э. Дашко, д.т.н., Санкт-Петербургский
государственный горный институт
(технический университет), Санкт-Петербург:
– Исследования, проводившиеся в Санкт-Петербургском государственном горном институте (СПГГИ) в течение последних 10 лет, показали, что подземное пространство нашего города не является стерильной средой. В подземных водах, а также в песчано-глинистых грунтах обнаружено большое разнообразие форм микробиоты, часть которой является характерной для относительно молодых осадочных отложений, содержащих органическую компоненту (торфа и микулинские слои с повышенным количеством битуминозных образований). В торфах и заторфованных грунтах наибольшей активностью обладают сульфатредуцирующие и денитрифицирующие группы микроорганизмов, численность которых может достигать 10 млн клеток на 1 грамм грунта. Около 80 процентов микробиоты низинных и верховых торфяников составляют грибные культуры и актиномицеты.
При оценке влияния инженерно-хозяйственной деятельности города большое влияние на численность и активность микрофлоры в подземном пространстве оказывают утечки из систем водоотведения, а также захоронение хозяйственно-бытовых отходов, которое производилось в Санкт-Петербурге начиная с момента освоения города. Канализационно-бытовые стоки служат дополнительным источником легко утилизируемых микроорганизмами органических и неорганических компонентов, содержащих соединения азота, серы, фосфора, калия, натрия, а также белки, липиды, углеводы, тонкие взвеси. В 1 миллилитре таких стоков содержится до 10 млрд клеток микроорганизмов: бактерий, грибов, микроводорослей, вирусов. Микрофлора торфяников, а также канализационных стоков и отходов может с инфильтрационным потоком проникать на глубину, определяя степень коррозионной активности подземной среды.
По данным зарубежных исследований, от 50 до 70 процентов коррозийного разрушения материалов и конструкций являются результатом микробной деятельности.
Возбудителями биокоррозии могут быть как автотрофные, так и гетеротрофные микроорганизмы. Особое место при биокоррозийном поражении строительных материалов занимают грибы, для которых характерна высокая адаптационная способность, широкая амплитуда их изменчивости, возникновение новых форм (мутации) и приспособление к экстремальным условиям среды – высокие либо низкие температуры, к варьированию окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных условий, способность к использованию и трансформации соединений, ядовитых для других организмов.
Особо активно грибковые культуры поражают древесину подземных конструкций: сваи, лежни, системы водоотведения. К дереворазрушающим грибам относятся базидиальные, некоторые сумчатые и, на поздних стадиях разложения, многие виды дейтеромицетов. По физиологическому признаку грибы делятся на две основные группы. Первая группа – целлюлозоразрушающие или вызывающие бурую гниль; при этом грибы выделяют особый фермент – цитазу, которая переводит нерастворимую в воде целлюлозу в растворимое соединение – глюкозу; в теле гриба идет окисление глюкозы (с образованием воды и углекислого газа). При действии лигнинразрушающих грибов древесина не темнеет, она становится мягкой и во влажном состоянии легко разделяется на продольные волокна, плотность такой древесины в два раза меньше, чем тот же показатель дерева, не затронутого биокоррозией.
Подобный тип коррозии наблюдался при исследовании свай Казанского моста, в лежнях некоторой части фундаментов Мариинского театра. Определенные виды грибов вызывают окрашивание древесины: серо-синий – сумчатые и некоторые типы дейтеромецитов, красный разных оттенков – грибами пениофора и фузариями. Кроме того, древесину во время эксплуатации сооружений поражают сапрофитные грибы. Заражение древесины грибковыми культурами может идти под воздействием торфов и заторфованных грунтов, а также канализационных стоков. Особенно интенсивное поражение древесины наблюдалось в деревянных конструкциях фундаментов Нового Эрмитажа. Микробная пораженность строительных материалов представляет большую опасность при производстве реконструкционных работ подземных конструкций.
Обеспечение длительной устойчивости применяемых материалов должно быть подтверждено опытно-промышленными экспериментами, проводимыми на специально выбранных участках, где интенсивность развития биокоррозии имеет наиболее высокий уровень.
НОВОСТИ
Международная выставка «Стройиндустрия и архитектура – 2005» начнет работу 31 октября в Москве, на Красной Пресне (выставочный центр «Экспоцентр»). Выставка проводится при поддержке Министерства промышленности, науки и технологий РФ, мэрии Москвы и Союза архитекторов. Основными тематическими разделами выставки станут:
* Архитектурно-планировочные решения объектов строительства, реконструкции и реставрации.
* Генеральные планы городов и поселков.
* Компьютерные системы для проектирования объектов строительства.
* Современные технологии строительства, реконструкции и реставрации.
* Машины, оборудование, механизмы, инструмент для строительных работ.
* Технологии, оборудование, механизмы, инструмент для производства качественных строительных и отделочных материалов.
* Системы и техника инженерного оборудования зданий и сооружений: тепло-, энерго- и водоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха, канализации.
* Контрольно-измерительное оборудование и инструмент.
* Электрооборудование.
* Краны, лифты, подъемное оборудование.
* Строительный и отделочный инструмент.
* Строительные леса, металлоконструкции.
* Конструкции полов, материалы, технологии и техника нанесения напольных покрытий.
* Материалы, конструкции и технологии возведения кровли, обеспечения гидро-, тепло-, звукоизоляции зданий и сооружений.
* Бетон, цемент, строительный камень.
* Вспомогательные материалы для строительства и отделки.
* Быстровозводимые здания и сооружения – архитектура, конструкции, технологии.
* Архитектура малых форм. Методы и средства благоустройства территорий.
* Ландшафтная архитектура.
* Средства охраны труда и техника безопасности в строительстве, спецодежда и обувь.
* Противопожарная защита зданий и сооружений.
* Энергосберегающие технологии и материалы в строительстве.
* Инвестиции в строительстве.
Компания ROCKWOOL Russia представила новый продукт – звукопоглощающие плиты АКУСТИК БАТТС. Среди производителей изделий из минеральной ваты в России ROCKWOOL – первая компания, выпустившая материал, специально разработанный для звукоизоляции конструкций. Общая потребность рынка в звукоизоляционных материалах составляет около 2 млн куб. метров в год. Причем рынок звукоизоляции опережает рост строительного рынка. Это происходит из-за дефицита офисных площадей в большинстве регионов России.
Комментируя особенности нового продукта, представители компании отметили, что наиболее важной характеристикой АКУСТИК БАТТС является их плотность – 40 кг/м3. Это оптимальный показатель, рекомендуемый в строительных нормах и правилах. А на практике в качестве звукоизоляции часто используются стекловолокнистые материалы плотностью 11, 15 и 20 кг/м3. Кроме того, в отличие от плит меньшей плотности, АКУСТИК БАТТС обеспечивают сохранение формы в течение всего периода эксплуатации конструкции (не подвержены усадке).
Основная сфера применения нового продукта – каркасно-обшивные перегородки и облицовки, межэтажные перекрытия. Также материал может использоваться для дополнительной звукоизоляции потолков. Благодаря хаотичному расположению волокон каменной ваты и улучшенной однородной структуре плит, материал обладает оптимальными акустическими свойствами. Такие свойства подтверждены тестами, проведенными НИИ строительной физики.
Дополнительными преимуществами плит АКУСТИК БАТТС являются негорючесть, экологичность, низкое водопоглощение (не более 1,5 процента по объему).
ИСТОРИЯ ВОПРОСА
Страус – отец современного фундамента
Фундаменты начали возводить еще в глубокой древности, одновременно с развитием строительства. Большое место среди фундаментов занимали свайные постройки, которые устраивались в устьях рек и предназначались для защиты от зверей и врагов. В дальнейшем назначение свай изменилось, однако они широко применялись. Сооружения, построенные на хороших основаниях, отличаются большой долговечностью, некоторые из них сохранились до наших дней. В качестве примера можно привести ту же пирамиду Хеопса, вес ее – около 6 млн тонн, нагрузка на основание в среднем – 12 кг/см2. Уже в глубокой древности появились достаточно серьезные труды по фундаментостроению. Так, римский инженер Витрувий (I век до н.э.) дал в своих публикациях ряд практических указаний по возведению фундаментов. В XVIII веке сильно шагнула вперед наука во всех областях, появились первые теоретические разработки науки фундаментостроения.
В 1773 году французский ученый Кулон представил европейскому строительному сообществу теорию расчета сопротивления грунтов сдвигу, а так же формулу для расчета давления грунта на подпорную стенку. В 1841 году архитектор из Гавра Трижо предложил способ возведения кессонных фундаментов. В XIX веке был изобретен железобетон, который в результате стал основным материалом в возведении фундаментов. В 1809 году было открыто так называемое явление электроосмоса, которое заключается в том, что частицы воды двигаются в направлении отрицательного заряда. В дальнейшем это явление нашло большое практическое применение в основаниях для разработки котлованов в водонасыщенных грунтах.
В 1899 году киевский ученый Арон Самуилович Страус предложил набивные сваи, которые устраиваются в пробуренных скважинах. Он же позднее предложил опускать в скважины арматуру и затем заливать их бетоном.
Игорь Мокеров