Опыт проведения работ по усилению фундаментов исторических зданий и сооружений

 -  556


28 сентября 2023 года в актовом зале Научно-исследовательского, проектно-изыскательского и конструкторско-технологического института оснований и подземных сооружений (НИИОСП) состоялась конференция «Герсевановские чтения», посвященная памяти Николая Михайловича Герсеванова (16 [28] февраля 1879, Тифлис — 20 января 1950, Москва) — русский и советский грунтовед, основателя отечественной школы механики грунтов. В этом году в ходе конференции были рассмотрены вопросы реконструкция исторических зданий и сооружений, а также усилению их оснований и фундаментов.

В конференции приняли геотехники из Москвы, Санкт-Петербурга, Томска, Перми и других регионов, говорится в информации на официальном сайте НИИОСП им. Н.М. Герсеванова.

Актуальность темы подчеркнул в своем обращении к участникам президент Российского общества по механике грунтов, геотехнике и фундаментостроению (РОМГГиФ) Вячеслав Александрович Ильичев. Он отметил государственную значимость программы реконструкции исторических зданий. В ответном слове коллеги поздравили Вячеслава Александровича с юбилеем, вручили адрес и подарок от последователей и учеников из Республики Таджикистан, отметив его заслуги в сохранении геотехнической науки Средней Азии.

В приветственном слове директор НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Рафаэль Фаритович Шарафутдинов отметил, что при реконструкции возникают гораздо большие проблемы, чем при строительстве здания с нуля.

Участники обсудили самый широкий спектр вопросов: усиление фундаментов памятников архитектуры, их приспособление к современному использованию, закономерности развития деформаций городской застройки на слабых грунтах, обеспечение ее сохранности. Все представленные доклады вызвали большой интерес аудитории. Начальник лаборатории оснований и фундаментов на слабых грунтах НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Фаршед Фарходович Зехниев рассказал о реконструкции исторического здания Средних торговых рядов под музей Московского Кремля. С докладом на тему струйной цементации мерзлых грунтов выступил директор компании «ИнжПроектСтрой» Алексей Генрихович Малинин, руководители компании «Геореконструкция» Алексей Георгиевич Шашкин и Владимир Михайлович Улицкий подготовили очень содержательное сообщение о закономерностях развития деформаций городской застройки XVIII-XIX веков на слабых грунтах и обеспечении ее длительной сохранности.

Доктор технических наук, профессор Кафедры геотехники Строительного факультета Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (СПбГАСУ) Рашид Абдуллович Мангушев представил доклад по теме «Усиление фундаментов зданий и сооружений памятников архитектуры и их приспособление к современному использованию (на примере Санкт-Петербурга)», подготовленный совместно с кандидатом технических наук, заведующим Кафедрой геотехники СПбГАСУ Анатолием Ивановичем Осокиным. Редакция «Вестника инженерных изысканий» предлагает вниманию своих читателей основные тезисы этого доклада:

Санкт-Петербург – это по сути ещё достаточно молодой город, ему всего лишь 320 лет.  Для города это немного. Особенно если сравнивать с Москвой, которой более 870 лет, или Парижем, которому больше 2 тысяч лет.  Он возник по велению Петра I в 1703 году в дельте реки Нева в очень неблагоприятных условиях. Казалось бы, отодвинь царь свою новую столицу на 10 км южнее, либо севернее, и мы имели бы совершенно другую ситуацию с геологией и, следовательно, со строительством фундаментов зданий. Но Петр I не был строителем, он решал геополитические задачи. И город он заложил именно в этом месте, а задача строителей уже состояла в том, чтобы его обустраивать.

Рис. 1 Дельта реки Нева с высоты птичьего полёта

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Большая часть зданий в центре города построена на разнообразных песках – от пылеватых до крупнозернистых, от плотных до рыхлых. Это морские и речные отложения.  Ниже них залегает большая толща тиксотропных озерно-ледниковых отложений, которые обладают свойствами структурно изменяться под влиянием техногенных и природных воздействий. И в этом состоит трудность при изучении инженерно-геологических условий на территории города. Поэтому в таких районах, как Центральный и Петроградском, данные по скважинам, находящимся на расстоянии 15-20 метров друг от друга, могут быть совершенно разными. 

Рис. 2 Схема залегания четвертичных отложений (составитель Л.Г. Заварзин, 1995 г)

Однако основные проблемы связаны с наличием большой толщи слабых водонасыщенных грунтов. Как следствие, происходят большие, неравномерные и длительно затухающие осадки сооружений и целых территорий.

ОЦЕНКА ФУНДАМЕНТОВ И ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ

При реконструкции необходимо учитывать ветхое состояние несущих конструкций, связанное с тем, что здания получили осадки значительно большие, чем полагается по нынешним нормативным документам. При откопке котлованов и строительстве новых зданий, а также при забивке либо погружении свай или шпунта около сооружений происходит развитие дополнительных осадок уже существующих зданий. Проведенные исследования, например, показывают, что в результате вибрации шпунта возникают дополнительные осадки до 30 мм, при вдавливании шпунта (казалось бы, щадящая технология) осадки составляют до 20-25 мм.

В начале 2000-х годов, в период, когда Кафедру геотехники Строительного факультета СПбГАСУ возглавлял Борис Иванович Долматов, научным коллективом были проведены обследования более 150 зданий. В том числе в исторической части города. На основе этого материала был проведен анализ, который показывает, что же происходит с фундаментами старых зданий. Согласно действующим нормам, давление под подошвой фундамента здания должно примерно соответствовало расчетному сопротивлению грунта основания. Более, чем у 60% зданий, которые построены на песчаном основании, давление выше расчетного сопротивления на грунт основания. Для супесей этот показатель составляет 30-34%. Для сравнения, в Москве у 93% зданий значения давления меньше расчетного сопротивления и только у 7% – выше. Такое исследование в своё время провел профессор, доктор технических наук Павел Александрович Коновалов (1933 – 2016 гг).

Каким образом выполнялись фундаменты в исторических зданиях. Это были бутовые фундаменты из отдельных камней. Не зря Петр I издал в 1714 году указ «О привозе диких камней», по которому каждый приходящий в ворота города должен принести с собой два камня, а въезжающий на подводе – десять камней. Это был очень дефицитный в то время материал. 

Рис. 3 Деревянный лежень из фундамента Каменноостровского театра

Особое внимание следует обратить на деревянные конструкции под подошвой фундамента. Там находятся продольно уложенные лежни – стволы лиственницы или других хвойных деревьев. Дело в том, что уровень подземных вод в то время был на 1-1,5 метра выше, чем сейчас. Когда дерево находится в воде, оно становится прочнее. Не зря говорят – морёный дуб, морёная сосна. В дальнейшем дренажные мероприятия привели к тому, что уровень подземных вод опустился и произошло резкое изменение структуры древесины. Она оказалась подвержена гниению и разрушалась. Те же самые процессы происходили с деревянными сваями. Все это приводит к осадкам и разрушению как самих исторических зданий, так и окружающей застройки.

Рис. 4 Лежень и деревянная свая из фундамента дома по адресу Набережная Фонтанки, 7

ОБЩИЙ ПОДХОД К РЕКОНСТРУКЦИИ ИСТОРИЧЕСКИХ ЗДАНИЙ

Докладчик привел достаточно много примеров реализации проектов по реконструкции зданий и сооружений на территории Санкт-Петербурга и его пригородов, которые признаны памятниками истории и архитектуры. Необходимость проведения реконструкции могла быть связана с тем, что здания и сооружения полностью или частично приходили в аварийное состояние, либо у них появлялись новые функции. Поскольку речь шла об уникальных объектах, которые во многом определяют архитектурный облик города, к этим работам привлекались ведущие научно-практические организации и научные центры – Кафедра геотехники Строительного факультета СПбГАСУ, компании «Геореконструкция», «Геострой», «Ранд», «Геостатика», «ЛенТИСИЗ» и др.

В качестве первого этапа проводилось техническое обследование, в ходе которого обычно выявлялась необходимость проведения усиления фундамента. Чаще всего для этих целей  применялись буроинъекционные сваи. Затем проводилась реставрация несущих конструкций, интерьеров и фасадов.

Рис. 5 Схема устройства буроинъекционных свай

Многие объекты были реставрированы к 300-летию Санкт-Петербурга, которое отмечалось в 2003 году, и к его 320-летию. Очень серьезная работа была проведена в связи с началом работы в историческом здании Таврического дворца (постройка 1783-1789 гг) Межпарламентской ассамблеи государств-участников СНГ, а также в связи с передачей на баланс Музея «Эрмитаж» восточного крыла исторического здания Главного штаба и министерств (постройка 1819-1829 гг) на Дворцовой площади «Государственному Эрмитажу».

РЕКОНСТРУКЦИЯ ЗДАНИЯ ГЛАВНОГО ШТАБА И МИНИСТЕРСТВ НА ДВОРЦОВОЙ ПЛОЩАДИ

В советский период здание Главного штаба и министерств, расположенное напротив Зимнего дворца, находилось на балансе Ленинградского военного округа. В настоящее время восточная его часть передана «Эрмитажу».  Для того, чтобы провести работы по переустройству и приспособлению здания в целях использования в качестве музея, необходимо было сделать очень серьезное обследование. Его результаты показали, что фундаменты опираются на деревянные сваи без деревянного ростверка. Фундаменты ленточные, бутовые. Имеют глубину от 2 до 3 метров. В разных частях сооружения конструкции фундамента имеют свои особенности.

Рис. 6 Образец материала деревянной сваи из старого фундамента здания Главного штаба

В рамках проекта предполагалось устройство внутри здания атриума и углубление некоторых подвальных помещений. Поскольку для этого необходимо было поменять конструктивную схему сооружения, стало понятно, что прочность фундамента для восприятия дополнительной нагрузки недостаточна. Когда сделали дополнительные обследования фундаментов, обнаружили, что часть деревянных свай имеют элементы гниения. То есть на них опираться было невозможно. Проект усиления предполагал сохранение старых фундаментов и дополнительное выполнение буроинъекционных свай.

Сейчас в этом здании размещается филиал «Эрмитажа» с очень интересной экспозицией. В частности, там воссозданы исторические интерьеры кабинетов министра иностранных дел и военного министра.

УКРЕПЛЕНИЕ ОГРАДЫ ЛЕТНЕГО САДА

Пожалуй, самым наглядным примером того, что может происходить в условиях Санкт-Петербурга с объектами, представляющими историческую и культурную ценность, служит ограда Летнего сада, установленная в 70-е гг XVIII века. Её длина составляет 230 метров. Она состоит из блоков и колонн. Проведенное обследование показало, что осадка некоторых колонн достигала 23-27 сантиметров. При этом разница между осадками на отдельных участках ограды составляла 8,5 см на метр длины. Неравномерность была такая, что ограда стала изгибаться и в продольном, и в поперечном направлении.

Рис. 7 Чертеж фундамента ограды Летнего сада (хорошо бы вырезать только чертеж с файла 18 презентации)

Фундамент представляет из себя бутовый фундамент высотой 2,3 м и шириной подошвы 2 метра. Ниже него находится 2 ряда деревянных брусьев размером 20 см, под которыми забиты сваи, длина которых неизвестна. Проблема состояла в том, что деревянный ростверк полностью сгнил и разрушился. Каждый раз, когда происходило наводнение, происходила дополнительная деформация. Видимо, турбулентные движения воды постепенно вымывали остатки этого деревянного ростверка.

Реконструкция проводилась в 2009-2011 годы. Начинать её необходимо было с фундамента. НПО «Ранд» выполнило тампонирование полостей цементно-песчаным раствором, затем было проведено закрепление песчаного грунта основания под участками фундамента в зонах опирания колонн методом силикатизации. После того, как всё это было закреплено, дополнительно выполнили буроинъекционные сваи. Таким образом, ограда была спасена.

ВОССОЗДАНИЕ ФУНДАМЕНТА ЦЕРКВИ СВЯТОЙ МАРИИ

Непростую задачу пришлось решать в процессе реконструкции церкви Святой Марии на улице Большая Конюшенная. Здание было построено в 1805 году финской лютеранской общиной города. Когда в связи с подготовкой к 300-летию города потребовалось реконструировать эту церковь, оказалось, что она тоже получила серьезные деформации, в том числе надземных конструкций. Поэтому необходимо было в первую очередь выполнить усиление фундамента. Было предложено сделать его пересадку на буроинъекционные сваи. Однако финская сторона,  которая оплачивала реконструкцию, выразила пожелание восстановить фундамент мелкого заложения в том виде, в котором он был изначально. И эту сложнейшую работу выполнила компания «Геоизол» под руководством Елены Борисовны Лашковой.

В процессе выполнения работ каждая стена в подвале здания пересаживалась на временные подпорки, захватками по полтора-два метра выполнялись шурфы, туда залезал рабочий,  ножовкой отпиливал лежни и после этого выполнялась опалубка под фундамент. Таким образом, захватка за захваткой всё здание было пересажано на новый фундамент.

Рис. 8 Схема усиления фундамента церкви Святой Марии

Также в докладе были представлены инженерные решения, позволившие провести реконструкцию особняка графа Румянцева, в котором сейчас расположен Филиал Государственного музея истории Санкт-Петербурга; Большого (Меньшиковского) дворца в Ораниенбауме; Ростральных колонн у здания Старой Санкт-Петербургской фондовой биржи; Казарм Павловского лейб-гвардии полка на Марсовом поле; Михайловского (Инженерного) замка; дворца Нарышкиных-Шуваловых; Базилики святой Екатерины на Невском проспекте; здания Каменноостровского театра.

НЕКОТОРЫЕ ВЫВОДЫ

В качестве выводов Рашид Абдуллович Мангушев отметил, что существующие геотехнологии, такие как устройство буронабивных и буроинъекционных свай, «стена в грунте», струйная технология для устройства грунто-цементных диафрагм и др. позволяют производить усиление фундаментов зданий и сооружений – памятников архитектуры, без нарушения их надземных конструкций.

Рис. 9 Доктор технических наук, профессор Кафедры геотехники Строительного факультета Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (СПбГАСУ) Рашид Абдуллович Мангушев

Проведению строительно-реставрационных работ должно предшествовать расчетное геотехническое обоснование проекта, учитывающее развитие дополнительных осадок как реставрируемого объекта, так и соседних сооружений.

При производстве восстановительных и новых работ на объектах – памятниках архитектуры должно проводится научно-техническое сопровождение строительства на основе комплексного мониторинга.

556 рекомендовано
comments icon 2 комментария
2423 просмотра
bookmark icon

Написать комментарий...

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *