Обеспечение безопасности существующих зданий при новом строительстве

В данной статье дан обзор различных факторов, влияющих на напряженно-деформированное состояние грунтового массива. Рассмотрены различные методы учета взаимного влияния вновь возводимых зданий на здания окружающей застройки. Поднят вопрос недостаточной полноты нормативной документации по ограничению величины предельно допустимых деформаций для малоэтажных зданий окружающей застройки.

Ключевые слова: геотехника, осадки зданий и сооружений, предельные деформации, дополнительные деформации, геотехническое обоснование, геотехнические факторы.

В связи с появлением крупных городов и их застройкой возникли проблемы обеспечения сохранности существующих зданий вблизи вновь возводимых. Очевидно, что новое строительство в плотной застройке центральных частей крупных городов, таких как Санкт-Петербург, чревато значительными рисками и может привести к тяжелым повреждениям соседних домов [5, с. 61]. Поэтому проблема обеспечения безопасности окружающих зданий при новом строительстве стоит наиболее остро.

Фундаменты большинства зданий возводились ленточными на естественном основании, выполненными из бутовой кладки. Несущим слоем для них являлись слабые озерно-ледниковые отложения, которые широко распространены на всей территории Санкт-Петербурга.

Так, еще в императорском Петербурге существовало своеобразное ограничение давления по подошве фундаментов: высота зданий не должна была превышать карниза Зимнего дворца. Тем не менее, печальной закономерностью для центра города являлись деформации старой малоэтажной застройки в зоне примыкания к ней зданий повышенной этажности (5–7 этажей). <...> В качестве критерия, которым следует руководствоваться при рассмотрении судебных тяжб о повреждении соседних зданий, был предложен следующий: «если при производстве постройки была соблюдена правильность технических приемов, строитель ее не ответствует за повреждения, могущие произойти в строении его соседа». Таким образом, предполагалось контролировать соответствие конструктивного решения и технологии возведения новых фундаментов накопленному опыту [1, с. 17].

Впервые ограничение дополнительных деформаций окружающих зданий было нормировано в Территориальных строительных нормах Санкт-Петербурга ТСН 50–302–96, действующих до 2004 года на основании работ профессора С. Н. Сотникова. Он предложил руководствоваться следующим требованием [1, с. 17–18]:

;

где дополнительная осадка существующего здания от загружения соседнего участка возводимым зданием или сооружением, мм;

Предельно допустимые значения дополнительных деформаций были определены в зависимости от конструктивной схемы, материала стен, технического состояния здания на основе анализа результатов наблюдений за деформациями существующих зданий при возведении в непосредственной близости к ним новых зданий.

Однако эти требования учитывают значение осадки в общем, без учета отдельных технологических факторов, которые и являются основной составляющей дополнительных осадок существующих зданий.

В дальнейшем строительные нормы многократно совершенствовались, и в настоящий момент мы имеем согласно СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» следующие ограничения предельных значений дополнительной осадки и ее неравномерности для многоэтажных и одноэтажных зданий исторической застройки — 5,0 мм и 0,0004 соответственно. При этом для неисторических бескаркасных зданий с несущими стенами из кирпичной кладки или крупных панелей представлены значения только для многоэтажных зданий (застройка домами высотой до 3-х этажей включительно [6, с. 5]). А ведь чем больше разница высот между вновь строящимся зданием и зданиями окружающей застройки, тем большее влияние новое здание оказывает на конструкции существующих.

Дополнительные осадки существующих зданий возникают в результате трех главных причин [2, с. 66]:

1. Строительно-технологические воздействия на грунты основания существующего здания — дополнительная строительно-технологическая осадка;
2. Изменения напряженного состояния существующего здания при загружении грунта новым зданием — дополнительная осадка уплотнения;
3. Воздействия технологического оборудования, размещенного в новом здании, на основания существующих зданий — дополнительная эксплуатационная осадка.

В условиях слабых грунтов Санкт-Петербурга котлован без распорных конструкций возможно устроить до глубины максимум 1,5 -2,0 м. Если же он глубже, то неизбежно придется использовать распорки, подкосы, грунтовые бермы, пригрузы и прочее. Устройство всех этих конструкций сопровождается воздействиями, приводящими к разупрочнению грунтов и увеличению осадок существующих зданий даже при строгом соблюдении регламентов производства работ только на стадии разработки котлована (рис. 1, 2).

Рис. 2. Возведение нового здания рядом с существующим

Рис. 1. Отрывка котлована вблизи существующего здания

Поэтому величину дополнительной осадки существующих зданий окружающей застройки необходимо строго контролировать. Зачастую также прибегают к использованию таких компенсационных мероприятий как: усиление тела фундаментов, усиление оснований существующих зданий по грунтоцементной технологии jet-grouting, нагнетания раствора под подошву существующих фундаментов, пересадка фундаментов на буроинъекционные сваи.

В связи со значительным количеством геотехнических технологических факторов достаточно сложно без больших экономических затрат обеспечить выполнение требований строительных норм. И по опыту строительства существует множество случаев, когда величины деформаций превышают предельные значения, регламентированные строительными нормами [3, с. 46].

В связи с этим профессором А. Г. Шашкиным совместно с сотрудниками ООО «ПИ «Геореконструкция» был предложен следующий принцип проектирования глубоких котлованов: расчеты подземных сооружений в условиях городской застройки необходимо проводить по двум группам предельных состояний, как для самого проектируемого сооружения, так и для соседней застройки [4, с. 17].

Так, согласно [3, с. 39] количественным выражением меры риска для существующей застройки при строительстве в примыкании к ней новых зданий и сооружений может служить эвристический критерий, ограничивающий дополнительные осадки городской застройки некоторым допустимым уровнем: сумма дополнительных деформаций (осадок, относительной неравномерности осадок) объекта реконструкции и/или соседних зданий (сооружений) не должна превышать предельно допустимого значения:

;

где величина предельно допустимой дополнительной деформации прилегающих к строительной площадке зданий, определяемая совместным расчетом здания и основания;

величина дополнительной деформации объекта реконструкции и/или соседних зданий вследствие воздействия i -й группы факторов, связанных со статическим нагружением (разгрузкой) основания, изменением режима подземных вод, с технологией ведения работ, которые могут быть постоянными и временными.

Исходя из условия выполнения данных требований по результатам численных расчетов подбирается конструкция ограждения котлована и технология ее выполнения. Но несмотря на то, что предложенная геотехническим обоснованием технология обеспечивает выполнение данных требований, необходимо учитывать и возможные ошибки на этапах возведения строительных конструкций, задержки и простои, некачественные материалы и плохо выполненные строительные работы.

Поэтому в практику геотехнических расчетов было введено понятие расчета соседней застройки по первой группе предельных состояний. Соседняя застройка должна быть рассчитана по прочности и устойчивости при воздействиях со стороны строительства подземного сооружения, связанных с неопределенными задержками во времени строительства и нарушением природной структуры грунта. При этом расчеты по первой группе предельных состояний для соседней застройки следует выполнять из условий обеспечения прочности и устойчивости несущих конструкций, исходя из их совместного расчета с основанием [3, с. 44].

На основании данных расчетов могут быть установлены новые величины предельных дополнительных деформаций и неравномерности осадок для различных сооружений, соответствующие усилиям, приводящим несущие конструкций и узлы в предельные состояния и не приводящие их в предаварийное состояние. Данные исследования можно продолжить в направлении расширения критериев предельных деформаций для малоэтажных зданий окружающей застройки.

Таким образом, учитывая все технологические факторы, сопутствующие возведению новых зданий вблизи существующей окружающей застройки в совместном расчете зданий с основаниями, возможно обеспечить требуемую безопасность строительства и сохранность существующих зданий.

Литература:

1. В. М. Улицкий, А. Г. Шашкин, К. Г. Шашкин. Геотехническое сопровождение развития городов // Достижения современной геотехники, 2010 г. с. 15–22;
2. П. И. Калугин. О проектировании оснований и фундаментов в условиях плотной застройки // Научный вестник воронежского государственного архитектурно-строительного университета. — 2016. No 1. с. 65–68;
3. А. Г. Шашкин. Основы расчета подземных сооружений в условиях городской застройки на слабых глинистых грунтах // Жилищное строительство, No 6, 2011 г. с.39–46;
4. А. Г. Шашкин. Подземное строительство в Санкт-Петербурге. Краткий обзор технических решений // Жилищное строительство, No 9, 2016 г. с.15–22;
5. А. Б. Фадеев, Р. А. Мангушев. Проблемы уплотнительной застройки Санкт-Петербурга // Вестник гражданских инженеров, No 4(5), 2005 г. с. 61–65.
6. СП 30–102–99. Планировка и застройка территорий малоэтажного жилищного строительства.