Минкин М.А., Кутвицкая Н.Б., Рязанов А.В.
ФГУП «ПИИ Фундаментпроект»
Более чем 50-летний опыт работы института «Фундаментпроект» в районах с природными условиями различной сложности как в пределах РФ, так и странах ближнего и дальнего зарубежья позволил сформулировать для себя концепцию системы комплексного обеспечения эксплуатационной надежности инженерных объектов. На практике ее эффективность во многом обеспечена структурой института, которая позволяет выполнять самостоятельно весь комплекс работ по нулевому циклу: инженерные изыскания; проектирование фундаментов, оснований и инженерной защиты; авторский надзор и научно-техническое сопровождение; строительно-монтажные работы; производство конструктивных элементов для проектируемых фундаментов.
Надежность и экономичность принимаемых проектных решений во многом зависит от точности и достоверности инженерно-геологических изысканий. Анализ инженерно-геологической ситуации исследуемого участка, проводимый только на основе данных бурения инженерно-геологических скважин, не всегда позволяет оценить всю сложность обстановки и с необходимой точностью отбить инженерно-геологические границы. Особенно актуальным это является для районов распространения многолетнемерзлых пород, где сложность инженерно-геологического разреза обуславливается интенсивной пространственной изменчивостью характеристик пород, напрямую связанных с их прочностью (литологический состав, криогенное состояние, льдистость (влажность), засоленность, заторфованность и др.). Расстояние между скважинами может изменяться от 5-15 м для зданий до нескольких десятков и сотен метров для линейных сооружений (дороги, трубопроводы, ЛЭП, и т.д.). Применение совместно с бурением инженерно-геологических скважин геофизических методов позволяет оптимизировать объемы изыскательских работ, повысить их качество путем более точной интерполяции информации между скважинами. Высокоэффективны геофизические методы и при осуществлении работ по обследованию фундаментов и оснований эксплуатируемых объектов, а также в ходе проведения геотехнического мониторинга (рис. 1). Используемый в институте «Фундаментпроект» комплекс геофизических методов исследования позволяет идентифицировать изменчивость таких параметров пород, как литологический состав, льдистость, криогенное строение, температура, напряженно-деформированное состояние и др.
В связи с тем, что криолитозона характеризуется нестабильностью инженерно-геокриологических условий во времени, очень чутко реагируя на воздействие внешних факторов (естественных природно-климатических и техногенных), долговременная надежность сооружений на этапе проектирования достигается тем, что осуществляется разработка проектов как самих фундаментов, так и инженерной защиты основания и прилегающей территории от опасных геологических процессов. Кроме того, комплект технической документации содержит проект сети инженерно-геокриологического мониторинга. Комплексное решение этих вопросов на сегодняшний день имеет важное значение, так как в условиях распространения многолетнемерзлых пород существенно взаимное влияние в системе «сооружение – грунты основания – грунты прилегающей территории».
Помимо сохранения существующих инженерно-геокриологических условий, мероприятия инженерной защиты зачастую направлены на улучшение имеющихся прочностных характеристик грунтов оснований. Так, например, применение разработанных в институте фундаментов нового типа, отличающиеся от традиционных своей экономичностью (меньшими металлоемкостью, трудоемкостью и временными затратами на выполнение строительных работ), требует более высокой прочности грунтов оснований, которая не всегда обеспечена в природных условиях.
Одним из наиболее эффективных способов упрочнения грунтов является их термостабилизация. Наряду с известными пассивными методами термостабилизации (например, теплозащитные экраны), институтом широко применяются активные методы – использование охлаждающих установок и греющих элементов (в зависимости от принципа использования грунтов в качестве основания – I или II ). Проектирование термостабилизации осуществляется для каждого объекта индивидуально на основе теплотехнических расчетов с использованием разработанного в институте программного комплекса.
Одной из крупных проблем северных объектов является нарушение естественного водного баланса территорий в результате создания общепланировочных насыпей. Это приводит к подтоплению прилегающих территорий и водонасыщению насыпей, что затрудняет производство строительных работ и эксплуатацию объектов. Увеличение влажности насыпных грунтов существенно изменяет их теплофизические характеристики. В результате активизируются морозное пучение, тепловая осадка, нарушается температурный режим грунтов. В таких случаях применяется специально разработанная система комплексной инженерной защиты территории от подтопления. Особенности системы заключаются в том, что она позволяет осуществлять защиту территории от подтопления на самых ранних этапах строительства, а также в период функционирования объектов с сохранением природного водного баланса территории. При этом предусматривается организованный сбор вод с прилегающих к площадке территорий, с поверхности и из тела насыпи и их отвод в русла естественных постоянных или временных водотоков.
Особо стоит отметить, что надежность сооружений во многом зависит от качества выполнения строительно-монтажных работ. В связи с этим некоторые виды строительных работ, от которых зависит надежность сооружений (монтаж охлаждающих установок, греющих элементов и др.), институтом «Фундаментпроект» выполняется самостоятельно. Надежность и эффективность мероприятий по термостабилизации грунтов обеспечивается тем, что в своих проектах институт использует системы охлаждения и греющие элементы собственной разработки и производства. Исходя из разнообразия конструктивных особенностей цокольной части сооружений, грунтовых условий, а также темпов строительства, на сегодняшний день разработано 5 моделей охлаждающих установок. В зависимости от используемой модели можно добиться промораживания всего грунтового основания или создания охлаждающего экрана под тепловыделяющими сооружениями. В обычных случаях применяются охлаждающие установки сезонного действия, функционирующие в зимний период при отрицательных значениях температуры воздуха (рис. 2). При сжатых сроках строительства применение охлаждающих установок круглогодичного функционирования позволяет понижать температуры грунтов в основании до проектных значений при положительных температурах воздуха - в летний период (рис. 3).
Таким образом, институтом «Фундаментпроект» охватывает весь цикл проектных, ответственных участков строительно-монтажных и производственных работ, обеспечивая тем самым долговременную надежность фундаментов и оснований.