Высотные здания. Особенности проектирования, строительства и мониторинг фундаментов

Введение

С момента принятия ТКП 45–3.02–108–2008 “Высотные здания. Строительные нормы проектирования” (далее ТКП 108) прошло не так много времени, чтобы документ смог получить серьезную проверку практикой и объективную оценку заложенных в него принципов. Однако уже сегодня ясно, что основные его положения оказались очень важными и оправданными.

Взметнувшийся в небо высотный силуэт – не только яркая отличительная и запоминающаяся особенность архитектуры любого города, но и символ успеха, экономической мощи и уровня технологического прогресса. Поэтому во всем мире, включая Беларусь, интерес к строительству высотных зданий, в том числе высотных жилых и многофункциональных комплексов, не ослабевает. В ряде случаев (для таких городов, как Нью-Йорк, Токио, Шанхай и др.) он вызван экономическими, но чаще политическими соображениями, т.к. вложенные в эти сооружения средства, как правило, не окупаются [1, 2]. Немалую роль здесь играют такие факторы, как амбиции, имидж и престиж. Это касается не только отдельных компаний-монополистов, но и стран, претендующих на техническое лидерство в современном мире. В то же время активная тенденция к строительству высоток в жилом секторе отсутствует и в Европе, и в США [1, 2]. По своему назначению новые высотные объекты Европы – в основном здания общественного назначения: административные, офисно-деловые, торговые центры.

Единого определения понятия “высотный дом” в настоящее время не существует. На I Международном симпозиуме СИБ (1971 г.) к высотным решено относить здания выше 100 м (или 30 этажей), в РФ – от 75 до 150 м, а согласно skyscraper.com – от 30 м (7–10 этажей). Международная практика показывает, что исходя из технических, экономических возможностей, условий охраны природы и здоровья людей в разное время, в разных странах понятие “высотное здание” имеет разное значение.

Согласно ТКП 108 высота жилых зданий в Беларуси определена 75–100 м, общественных и многофункциональных – 50–200 м.

Ограничение высоты в жилом секторе в первую очередь обусловлено тем, что 100 м – это нижняя отметка над городами страны облачности и смога, которые существенно ухудшают условия проживания в этой зоне по причине “морской”, или высотной, болезни, чреваты ростом заболеваемости от концентрирующихся в верхней части высотных сооружений вредной бактериальной и канцерогенной сред.

По сложности, проблематичности проектирования, возведения, эксплуатации, влияния на окружающую среду и людей высотки можно отнести к строениям повышенной опасности и сложности [1–3]. Здания выше 75 м требуют совершенно иных подходов к проектированию. Не зря в этой специфической отрасли работает небольшое количество компаний: немногим более десятка – в США и около десяти – в Европе и Азии (в основном в Японии).

Но даже у западных фирм с большим опытом высотного строительства возникает множество проблем и неувязок, которые приходится постоянно решать на всех стадиях строительства. К ним, в частности, относятся конструктивно-технологические и организационно-экономические аспекты: сложности с устройством оснований, фундаментов, лифтов и сетей, подачей воды, энергии, отводом канализационных отходов, мусора, перемещением материалов, людей, их эвакуацией и др. В этом плане показателен пример самого высокого (более 800 м) в мире здания (г. Дубаи), возведение которого тормозилось не только по экономическим, но и по техническим причинам.

Сегодня в мире нормативы по высотному строительству отсутствуют. Поэтому разработанные в России, Украине, а теперь и в Беларуси нормативные документы являются неординарным событием не только в отечественной, но и мировой практике. В них заключен как современный мировой опыт, так и опыт бывшего СССР.

До 1990-х гг. 7 московских высоток (здание МГУ – до 239 м) не имели себе равных в Европе. Уникальны высотные сооружения, возведенные в Москве по Калининскому проспекту, здания СЭВ, Дом правительства, “Триумф Палас”, Останкинская телебашня, а также плотины, гидро- и атомные электростанции, домны, элеваторы, вышки и др., построенные в свое время в СССР, которые по нагрузкам и сложности возведения не уступают высотному домостроению. Опыт, проверенный практикой, нашел свое отражение в нормативной базе бывшего Советского Союза, правопреемником которой наряду с другими республиками является и наша страна.

В Беларуси имеется и собственный современный опыт проектирования и возведения зданий повышенной этажности до 75 м включительно и уникальных сооружений, в числе которых Национальная библиотека, Минск-Арена, Летний амфитеатр в Витебске и др. По конструкциям, материалам и технологиям возведения они соответствуют мировому уровню.

Но, как показывает практика, наработанный опыт и знания не могут на 100% оградить от неопределенности и риска непредвиденных затрат, конструктивно-технологических проблем, природных, техногенных и террористических вызовов, которые ожидают всех участников строительного процесса (инвесторов, проектировщиков, строителей, эксплуатационщиков) при строительстве каждого нового высотного здания. Потому что всякий раз оно возводится в новых условиях, требует индивидуального подхода и учета, как указано в Еврокоде, национальных особенностей законодательства и нормативной базы при проектировании.

При разработке ТКП 108 коллектив авторов, сформированный Минстройархитектуры РБ, руководствовался главным принципиальным требованием – надежность и безопасность проектируемых конструкций “нулевого цикла” (основания, фундаменты, подземная часть, котлованы) и надземной части высотных зданий. Особое внимание при проектировании, возведении и эксплуатации ВЗ должно уделяться обеспечению надежности оснований и фундаментов в связи с большой изменчивостью и неопределенностью свойств грунтов, влиянием природных факторов.

1. Инженерные изыскания для высотного строительства

Полнота (объем, состав) и качество инженерных геотехнических изысканий (ИГИ) напрямую связаны с надежностью проектируемого высотного здания (ВЗ) и вытекают из их основных уникальных геотехнических особенностей. Это:

1 – большие комбинированные нагрузки на основание (горизонтальные, вертикальные, моментные), как правило, приложенные со значительным эксцентриситетом, до млн кН; большая площадь фундамента (до 10 000 м2)и наличие подземной многоэтажной части (глубина котлованов до 20 м и более), вовлекающие в зону их влияния большие неравномерно сжимаемые массивы грунта (давление на основание от 0,5 до 1,5 МПа);

2 – неоднородность напряженно-деформированного состояния (НДС) основания (толщина сжимаемого массива грунта до 100 м, зона воронки оседания за пределами контура ВЗ до двух ширин здания); неравномерная сжимаемость основания, вызывающая неоднородные деформации несущих конструкций и фасада здания, и др.;

3 – значительное влияние природных и случайных факторов (повышенные ветровая и сейсмическая нагрузки, солнечная радиация, удары молний, взрывы, пожар и др.), в т.ч. наличие в составе оснований потенциально опасных во времени специфических и слабых грунтов (карст, известняк, биогенные, тиксотропные, пылевато-глинистые и др.), а также гидрогеологических явлений и др.

Цель инженерных и геотехнических изысканий (ИГИ) – получение всей необходимой информации (в т.ч. по изысканиям прошлых лет) на всех стадиях проектирования, строительства и эксплуатации ВЗ для надежного и рационального проектирования, подготовки территории, исключения рисков от негативных процессов и необратимых изменений, связанных с баражным эффектом, подтоплением, суффозией грунтов, неоднородностью НДС основания, сейсмическими, ветровыми и другими воздействиями на его конструкции.

В процессе ИГИ необходимо также выявить и изучить все факторы, имеющие определяющее значение при оценке устойчивости основания от сейсмических и геодинамических воздействий, динамики подземных вод, наличия слабых глинистых и суффозионно-неустойчивых песчаных грунтов и др. Должны быть определены прочностные и реологические характеристики грунтов, дана оценка устойчивости основания и склона, а в необходимых случаях организованы стационарные наблюдения.

Вышеуказанные особенности предопределяют специфику и задачи ИГИ по получению информации о геологическом строении, составе, свойствах грунтов, протекающих природных, техногенных процессах и обусловливают необходимость корректировки традиционных методов инженерных изысканий по СНБ 1.02.01 [4], разработанных и сложившихся в эпоху массового типового строительства зданий (не выше 12–20 этажей, передающих на грунтовое основание нагрузки, как правило, не более 0,2–0,3 МПа с активной зоной влияния, не превышающей 15–20 м), в сторону их ужесточения.

В связи с этим в ТКП 108 предусмотрено, что техническое задание (ТЗ) разработчика проектной документации согласовывается не только заказчиком, но и государственной экспертизой и инвестором, а для составления ТЗ, программы и проведения изысканий рекомендуется привлекать специализированные и научно-исследовательские организации.

Кроме того, объем и состав изысканий следует уточнять в процессе их выполнения в сторону ужесточения по требованию заказчика экспертизы или специальных технических условий по разделу 1 ТКП 108 и согласно 4.3.12 СНБ 1.02.01.

Уже на стадии инвестиций в строительство (предпроектной стадии) необходимо предъявлять повышенные требования к детальности обследования оснований, назначению состава и объема инженерных изысканий. Для этого программу следует разрабатывать с использованием предварительного архитектурно-планировочного решения, а затем уточнять объемы и состав изысканий по мере разработки проектной документации и появления новых данных при последующих изысканиях. Для получения более точной информации о строении, состоянии и физико-механических свойствах грунтов основания ВЗ в ТКП 108 предусмотрено увеличение числа и глубины инженерно-геологических скважин (до 100 м) и уменьшение расстояния между ними (не более 20 м), обязательное выполнение статического и динамического зондирования, включение в состав изысканий геофизических исследований.

Именно на стадии инвестиций в строительство (предпроектной), определяющей условия проектирования и жизни высотных зданий, необходимо затратить не менее 60% от всех средств на изыскания и проводить геотехническую экспертизу материалов изысканий, проекта и мониторинг строительства согласно приложениям Г и Д ТКП 108.

На последующих стадиях ИГИ (проектная и рабочая документация) глубину разведочных скважин допускается назначать не более глубины активной зоны фундаментов Нс с отбором образцов для лабораторных исследований и проводить полевые испытания грунтов (частично со дна котлована) с целью получения необходимых расчетных характеристик грунтов для оценки возможной осадки и устойчивости массива грунтов основания и др.

Как отмечалось, фундаменты ВЗ имеют значительные размеры и передают на грунт большие нагрузки. В связи с этим в активную зону их влияния попадают грунты с различной сжимаемостью, что приводит к неравномерным осадкам в 3–5 см при средней общей осадке в 20–30 см, которые могут вызывать наклон здания, превышающий допустимый предел отклонения от вертикали 1/500:1/600. Это обстоятельство обусловило необходимость существенного сгущения сетки горных выработок для оценки сжимаемости массива грунта как по глубине, так и по простиранию ниже подошвы фундамента.

Количество скважин для обоснованной оценки ИГИ площадки зависит от типа фундамента (плитный, свайный, плитно-свайный), его размера и прилегающей территории. Учитывая это, в ТКП 108 в пределах контура фундамента буровые скважины предусмотрены с шагом не более 20 м и общим количеством не менее 5, а за пределами контура застройки на расстоянии порядка 20–30 м от грани фундамента и не менее 4. В то же время глубина разведочных скважин должна быть такой, чтобы охарактеризовать грунты в активной зоне воздействия здания на массив грунта и вскрыть ниже активной зоны Нс толщу грунтов (в т.ч. тектонические плиты), могущих повлиять на условия строительства или проявиться негативным образом в процессе эксплуатации здания (например, за счет наличия растворимых, закарстованных грунтов, известняков, возможности появления наведенной сейсмичности и т.п.).

Предельные дополнительные деформации существующих сооружений

Тип здания
(по ТКП 45-5.01-67-2007)

Степень опасности повреждений в существующем сооружении (по ТКП 45-5.01-67-2007)

Предельные дополнительные деформации

Конечная максимальная осадка,

 

ssd.u, см

Относительная разность осадок на участке примыкания фундаментов L

 

?ssd.u/L

Крен фундаментов

 

isd.u

Гибкие кирпичные или крупноблочные

I 4 0,0030 0,004 II 3 0,0020 0,002 III 2 0,0010 0,002

То же, при наличии армированных швов или железобетонных поясов

I 6 0,0035 0,004 II 4 0,0018 0,004 III 3 0,0012 0,003

Гибкие крупнопанельные

I 4 0,0020 0,004 II 3 0,0010 0,002 III 2 0,0017 0,002

Гибкие каркасные промышленного типа

I 7 0,0030 – II 5 0,0020 – III 3 0,0020 –

Жесткие (башни, дымовые трубы и др.)

I   – 0,002 II 10 – 0,001 III 5 –  

Согласно ТКП 108 состав и объем работ при инженерных изысканиях под высотное строительство должны определяться в соответствии с требованиями СНБ 1.02.01 как для объектов третьей категории сложности инженерно-геологических условий, так и для существующей застройки в пределах зоны влияния проектируемого объекта (не менее двух ширин фундамента ВЗ). Использование прямых методов для определения свойств грунтов обязательно. Для уточнения геологического строения и неоднородности основания и характеристик грунтов между буровыми скважинами следует также проводить их геофизические исследования и зондирование.

Количество точек зондирования при проведении ИГИ для сложных инженерно-геологических условий необходимо увеличивать, а результаты геофизических исследований и зондирования грунтов подтверждать их прямыми исследованиями. При этом лабораторные исследования должны моделировать работу грунта в основании здания в условиях изменяющегося напряженно-деформированного состояния (загрузка-разгрузка), в т.ч. во времени.

Таким образом, особенности высотных зданий предъявляют повышенные требования к результатам ИГИ и должны решить следующие основные задачи при их проведении:

– изучение геологического строения массива грунтов больших объемов (до 100 м по глубине и не менее еще 2 ширин фундамента за пределами его контура);

– достоверную оценку гидрогеологических и гидрохимических условий как сжимаемого массива грунта, так и в зоне котлована и прилегающей территории с установлением их коррозийной агрессивности, в т.ч. во времени;

– определение деформационных и прочностных свойств дисперсных и скальных грунтов при больших диапазонах изменения напряжений от 1,5–2,0 до 3–5 МПа (большие значения для опор глубокого заложения);

– инструментальное наблюдение и мониторинг за деформациями грунтового массива основания фундамента и прилегающей территории как при статических, так и динамических воздействиях, в т.ч. от его движения при действии природных процессов (неотектонических) и при техногенных воздействиях и др. (раздел 4).

2. Выбор, проектирование, строительство оснований, фундаментов и подземных частей высотных зданий

Конструктивно-технологические решения фундаментов ВЗ принимаются на основании оценки геотехнической опасности территории строительства (приложение Г ТКП 108) и технико-экономического сравнения возможных вариантов по 5.1 СНБ 5.01.01 [5], обеспечивающей наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов и подземных конструкций. Три геотехнические особенности ВЗ (раздел 1) обуславливают следующие основные типы фундаментов для них:

– массивные плитные (предпочтительно повышенной жесткости, в т.ч. коробчатые с развитой подземной частью) на естественном или укрепленном основании;

– свайные (предпочтительно глубокие опоры);

– комбинированные, в т.ч. свайно-плитные (СПФ), плитно-анкерные, щелевые.

Рекомендации по применению каждого вида фундаментов изложены в разделе 3.

Согласно ТКП 108 проектирование основания указанных фундаментов и подземной части ВЗ ведется по тем же принципам и нормам, что и обычных зданий и сооружений (СНБ 5.01.01, 5.03.01–02, СНиП 2.01.07, ГОСТ 27751 [5–7] и др.). Но с учетом трех уникальных геотехнических особенностей ВЗ (раздел 1), обусловливающих дополнительные повышенные требования к их проектированию. Основные из них:

• Расчет по первой группе предельных состояний, который в отличие от проектирования обычных зданий обязателен во всех случаях.
• Расчет по второй группе предельных состояний, определенных в результате “экспертных оценок” и наблюдений за тысячами объектов, отличается тем, что допустимые деформации назначаются не по таблице приложения В СНБ 5.01.01 [5], а исходя из архитектурных или эксплуатационных требований – жесткости сооружения и допустимого крена фундамента, обеспечивающего отклонения верха ВЗ не более 1/500 (для высоты h от 75 до 100 м) и 1/600 (при h от 100 до 200 м), а также архитектурных или эксплуатационных требований (для конструкций фасада, отделки, лестниц, эскалаторов, лифтов, специального инженерного оборудования и др.), приведенных в ТЗ на проектирование.
• Расчет следует вести на основное и особое сочетание нагрузок с понижающим коэффициентом условий работы gс = 0,9 для определения деформативных характеристик грунта и повышенным коэффициентом надежности по ответственности gn = 1,1 при 75 м ≤ h < 100 м и gn = 1,15 при 100 м ≤ h ≤ 200 м.

Проведение независимой геотехнической экспертизы принятых решений и расчетных моделей оснований и расчетных схем фундаментов (т.е. расчет производится не менее двух раз, двумя организациями (генпроектная и назначаемая Минстройархитектуры) по двум моделям деформации грунта с использованием пакетов программных комплексов на основе МКЭ и инженерного метода “послойного суммирования”).

Расчет осадок рекомендуемых фундаментов следует вести с учетом особенностей трех стадий деформирования НДС основания: 1 – на исходное напряженное состояние основания от собственного давления грунта, грунтовых вод (напорных и безнапорных), соседних сооружений, транспорта, оборудования и др.; 2 – на состояние после выемки грунта из котлована и разгрузки основания, как правило, вызывающей “поднятие” дна котлована; 3 – на состояние после повторного загружения основания нагрузкой от возведенного ВЗ и других внешних нагрузок.

Таким образом, при расчете осадок фундаментов ВЗ необходимо учитывать все три стадии и деформации грунта от этих НДС основания и суммировать его деформации (послойное суммирование), вызванные этими состояниями по глубине активной (сжимаемой) толщи Нс. Для автоматизации этих трудоемких расчетов целесообразно применять современную вычислительную технику и пакеты программ на основе МКЭ. Однако существующие программы на основе общепризнанных (нормативных) моделей деформационного поведения грунтов (упругая или упруго-идеальнопластическая среда с условием текучести Кулона – Мора) не учитывают при расчете осадок сильно нагруженных оснований ВЗ три стадии деформируемости грунта при первичном и повторном нагружении-разгрузке основания или зависимость жесткости грунта (как при первичном, так и при повторном загружении) от его напряженного состояния. В связи с этим в ТКП 108 в качестве основного принят эффективный “инженерный” метод расчета осадок s плитных фундаментов – послойного суммирования от распределенной нагрузки на поверхности однородного упругого полупространства. Причем это относится как к изменениям напряжений от нагрузок здания, так и от выемки грунта под котлован. Учет изменения НДС при разгрузке-нагрузке (повторной) основания и влияния бокового обжатия на вертикальную деформируемость (от компрессии непосредственно под плитой до одноосного сжатия на значительной глубине) производится с использованием переменного модуля деформации Е, входящего в формулу послойного суммирования (ТКП 45–5.01–67–2007. “Фундаменты плитные”).

Кроме того, для предотвращения чрезмерных расчетных осадок в случае большеразмерных фундаментов активная толща ограничивается в ТКП 108 по критерию szp = 0,5 szg, где szp – напряжения от внешней нагрузки. Этот же метод рекомендуется использовать при расчете осадок свайных и плитно-свайных фундаментов по методу “условный фундамент” с опорной плоскостью на основание в уровне концов свай.

Под условным фундаментом понимается сплошной объем грунта и фундамента, ограниченный с боков вертикальными сваями, отстоящими от наружных граней крайних свай не более 2d; снизу – плоскостью в уровне нижних концов; сверху – поверхностью планировки. Жесткость (модуль упругости) такого условного фундамента в вертикальном и горизонтальном направлениях неодинакова, т.е. массив получается конструктивно анизотропным. Его осадка оказывается неравномерной – в центре больше, по краям меньше. Из практики известно, что механизмы передачи нагрузки для одиночной сваи и такой же сваи в группе различны. В группе крайние сваи воспринимают нагрузку примерно в 4 раза меньшую, чем центральная. При этом нагрузка, приходящаяся на плиту свайно-плитного фундамента (СПФ), достигает 50–70%. К осадке условного фундамента следует добавлять осадку “продавливания” центральных свай, т.к. они передают нагрузку на основание только через концы свай. Поэтому расчет осадки свайных фундаментов следует разделять на две составляющие: общую осадку “условного” фундамента и локальную осадку продавливания отдельных свай.

Опыт строительства ВЗ по ТКП 108 (раздел 4) и эксплуатации зданий и сооружений в стесненных условиях городской застройки [8] свидетельствует, что возводимые здания оказывают на расположенные по соседству объекты значительные строительно-технологические воздействия, вызывающие изменения напряженного состояния их основания и дополнительные осадки последних (от загружения массива грунта новым зданием, вибродинамического строительного воздействия, отрывки котлована, изменения водного режима и др.). Это необходимо учитывать при проектировании фундамента ВЗ, и расчет осадок следует выполнять исходя из двух условий:

s ≤ su,

ssd. ≤ ssd.u,

где s – абсолютная конечная осадка объекта, см;

su – то же, допустимое значение по СНиП 5.01.01 [5];

ssd – то же, дополнительная осадка, определяемая расчетом, например методом угловых точек по [5];

ssd.u – предельно допустимая величина дополнительной осадки по таблице.

Кроме того, при разработке проекта фундамента ВЗ с расположением его ниже подошвы фундаментов существующего объекта необходимо выполнять проверку устойчивости грунтов их оснований при отрывке котлована, водопонижении, забивке свай и шпунта.

3. Комментарий по применению фундаментов, рекомендуемых ТКП 108 для ВЗ

Массивные плитные фундаменты традиционно используются для ВЗ и являются наиболее простым и экономичным конструктивным решением. Однако условия взаимодействия таких фундаментов с основанием (возникновение кренов, выпор грунта из-под края фундамента, потенциальная возможность потери общей устойчивости здания, значительные сосредоточенные и изгибающие усилия в конструкции фундамента в местах точечного приложения значительных нагрузок) требуют тщательного расчетного обоснования возможности их применения.

Эффективность использования плитного фундамента существенно возрастает в случае его заглубления, при котором уменьшается разница между сжимающими напряжениями под подошвой фундамента от приложенной сверху нагрузки и природными вертикальными напряжениями в ненарушенном массиве грунта. Такая плита вместе с подземной частью здания образует так называемый “плавающий” фундамент.

На благоприятных (прочных) песчаных, гравийных основаниях (без слабых обводненных прослоек) с центрально приложенной нагрузкой (без больших эксцентриситетов и местных сосредоточенных нагрузок) плитные фундаменты – самые экономичные.

Свайные фундаменты в виде свайного ноля или глубоких опор – наиболее применяемые в последнее время для ВЗ при большой мощности четвертичных отложений с невысокими или неоднородными значениями показателей физико-механических свойств грунтов основания, при значительной площади ВЗ и больших сосредоточенных или моментных нагрузках от него на фундамент.

Фундаменты в виде глубоких опор, непосредственно передающих нагрузку от высотного здания на глубоко залегающие несущие грунты, являются более надежными, т.к. обеспечивают наименьшие осадки здания. Однако экономичность и техническая реализуемость их использования значительно ухудшаются при увеличении глубины залегания несущих слоев. Для свай в таких фундаментах на первое место выходит несущая способность по материалу, а не по грунту. Учитывая это, использование свай малого диаметра для них нецелесообразно.

Вместе с тем практика последних лет показывает, что наиболее эффективно располагать сваи не в виде равномерных полей, а отдельных кустов и лент под сосредоточенными нагрузками, что позволяет уменьшить высоту плит-ростверков и их материалоемкость и улучшает условия работы надфундаментной конструкции. Продуктивность такого фундамента обеспечивается путем учета особенностей передачи нагрузки на основание сваями от центра к периферии и регулируется посредством изменения их длины, диаметра или шага. Такие фундаменты получили название свайно-плитные (СПФ).

По сравнению со свайными фундаментами свайно-плитные наиболее приемлемы с экономической и технической точек зрения, т.к. распределяют нагрузки не только через сваи, но и плиту – ростверк (от 15 до 60% в случае залегания под подошвой ростверка достаточно прочных грунтов на требуемую глубину). Анализ применения СПФ показывает, что существует множество решений по их проектированию и применению, каждое из которых обладает своими особенностями. Главная проблема заключается в том, что нет единого нормативного подхода по проектированию и возведению СПФ, которые являются пока еще мало изученной областью строительства и требуют дополнительных исследований перед началом их широкого применения.

Учитывая повышенные геотехнические особенности ВЗ (раздел 1), при их возведении должны осуществляться дополнительные требования не только к проектированию, но и к вопросам экспертизы и тестирования строительства оснований, фундаментов и подземных частей.

4. Научно-техническое (геотехническое) сопровождение строительства высотных зданий

Среди наиболее эффективных способов “тестирования” проекта основания, фундамента и подземной части ВЗ – проведение научно-технического сопровождения и постоянного геотехнического мониторинга в течение всего процесса его строительства и эксплуатации до полной стабилизации деформаций грунтов основания (осадок) [3, 9], которые затухают медленнее, чем для обычных зданий.

В ТКП 108 в связи с этим даны указания об обязательном геотехническом сопровождении высотного строительства. В частности, о проведении геотехнической экспертизы на всех этапах проектирования, возведения и эксплуатации ВЗ, включающей научно-техническое сопровождение (НТС) и его неотъемлемую и наиболее важную часть – геотехнический мониторинг (ГМ). Геотехническое сопровождение строительства (НТС, ГМ) позволяет обеспечить его безопасность, эффективность и надежность последующей эксплуатации ВЗ, накопление экспериментального опыта и данных для совершенствования методов проектирования, а также минимизацию воздействия на окружающую застройку и природную среду в радиусе зоны влияния высотной части.

Нарушение данных положений представляет серьезную опасность для людей и материальных ценностей. Ярким примером их важности и оправданности служит строительство ВЗ по проспекту Победителей, 7 в Минске, которое было запроектировано и прошло экспертизу до введения ТКП 108. В результате на объекте были применены технологии возведения котлована и фундаментов, приведшие к аварийному состоянию существующего здания и подземных коммуникаций в пятне застройки.

ТКП 108 регламентирует для каждого ВЗ разработку специальных технических условий, в которых должны излагаться основные характеристики, конструктивные и другие решения проектируемого здания, в т.ч. указываться зоны его влияния на окружающую застройку и меры по безопасности, проведению НТС и ГМ. Если существующая застройка требует реализации мероприятий по ее усилению, то их необходимо проводить как до, так и в процессе строительства. Тем самым обеспечивается эксплуатационная надежность объекта. Если в процессе высотного строительства выявляются какие-либо отклонения, то в результате научно-технического мониторинга принимается решение об усилении или проведении иных мероприятий, гарантирующих надежность не только существующей застройки, но и возводимого здания. Этот подход апробирован РУП “Институт БелНИИС” и хорошо зарекомендовал себя при возведении Национальной библиотеки, Летнего амфитеатра в Витебске и др.

Таким образом, инвестор (генпроектировщик) обязан заключить договор со специализированной организацией на проведение научно-технического сопровождения строительства, которое должно обеспечить:

• экспертизу инженерных изысканий (полноту методики, состав и объем на всех стадиях строительства) и выбор строительной площадки;
• комплексную экспертизу освоения подземного пространства, включая экспертизу программы геотехнического мониторинга;
• локальную экспертизу проектных решений (в т.ч. расчетов и результатов математического моделирования, включая гидрогеологический прогноз) и защитных мероприятий;
• экспертизу регламентов на выполнение геотехнических работ (в т.ч. выборочный контроль соблюдения технологии и качества сложных геотехнических работ);
• разработку рекомендаций и предложений по применению новых материалов и технологий;
• оказание научно-технической помощи при решении технических вопросов;
• геотехнический мониторинг.

В процессе геотехнического мониторинга с помощью соответствующих приборов и оборудования (рис. 1), а также геодезических и инженерно-геологических наблюдений следует контролировать:

• состояние окружающих зданий и сооружений, включая подземные коммуникации;
• осадку фундаментов и крены зданий, попадающих в зону влияния строящегося объекта;
• перемещения и состояние окружающего массива, фундамента и подземной части;
• уровень подземных вод, гидростатическое и паровое давление;
• перемещения ограждающих конструкций (в случае устройства подземной части);
• осадку (подъем) фундаментов и креп строящегося здания;
• давление под подошвой фундаментов (плитной части ростверка);
• перемещение слоев грунта под подошвой фундаментов или в межсвайном пространстве строящегося здания;
• напряжение и деформации фундаментов и конструкций подземных частей.

Геотехнический мониторинг должен осуществляться по разработанным специализированными организациями программе и проекту, содержащему рабочие чертежи установки приборов, оборудования, коммуникаций, пунктов сбора данных и методику проведения измерений. Программа и проект мониторинга включаются в качестве отдельного раздела в строительный проект и смету возведения высотного здания.

Выводы

1. Строительная программа Минска предусматривает развитие высотного строительства, связанного с определенными трудностями, так как ВЗ относятся к объектам повышенного риска и инженерной сложности [1–4]. В 2008 г. под эгидой Минстройархитектуры РБ разработан ТКП 45–3.02–108–2008 “Высотные здания. Строительные нормы проектирования”, к составлению которого были привлечены лучшие специалисты 14 научных и проектных организаций Республики Беларусь.

2. Нормы на проектирование высотных объектов введены в 2008 г., и опыт их использования пока недостаточен, чтобы делать определенные обобщения. Но уже сегодня проявился ряд дискуссионных и проблемных вопросов, на которые пока нет окончательных ответов. В то же время основные положения безопасности, внесенные в ТКП, оказались очень важными и оправданными.

Специалисты признают, что сегодня строительство в столице высотных зданий, запроектированных и прошедших экспертизу до введения в действие ТКП 108, происходит не в полном соответствии с его основными положениями по безопасности. Это касается обязательного проведения постоянных комплексных и локальных геотехнических экспертиз изысканий, проектов, применяемых технологий и др.; научно-технического сопровождения и мониторинга строительства, начиная со стадии инвестиций в строительство, т.е. еще до разработки проекта. Генпроектировщик (инвестор) обязан заключать договор на научно-техническое сопровождение объекта с организацией, имеющей лицензии на проведение таких работ, для исключения ошибок, проявившихся при строительстве объекта по пр. Победителей, 7.

3. Первый опыт применения ТКП по высотному строительству свидетельствует о необходимости более тщательного постоянного анализа и экспертизы принимаемых решений (согласно приложению Д ТКП 108), а также адаптации (учет) к национальным особенностям Беларуси наработок, имеющихся в мировой практике. В связи с этим, на мой взгляд, назрела необходимость создания в Минске постоянно действующего независимого Международного центра по высотному строительству для координации и мониторинга всех вопросов безопасного проектирования, контроля строительства и эксплуатации высотных зданий в республике. Его деятельность должна включать полный цикл экспертиз и научно-технического сопровождения (мониторинг) работ от выбора площадки, детальности инженерных изысканий, конструктивных решений подземных и надземных частей, инженерных коммуникаций и отделки, пожарной безопасности ВЗ до разработки систем его эксплуатации и мониторинга.

Литература

1. Чижов, И. Небоскребы и люди. Социально-экономические предпосылки архитектурной организации высотных жилых зданий // Архитектура и строительство. – 2007. – № 1. – С. 96–42.

2. Маклакова, Т.Г. Высотные здания. Градостроительные и архитектурно-конструктивные проблемы проектирования. – М.: Изд-во “Ассоциация строительных вузов”, 2006. – 160 с.

3. Николаев, С.В. Безопасность и надежность высотных зданий – это комплекс высокопрофессиональных решений // Инф. сб. “USTBuilol-2004”. – М.: ЦНТСМиО, 2004. – С. 8–18.

4. СНБ 1.02.01–96 Инженерные изыскания для строительства. – Мн.: Минстройархитектуры РБ, 1996. – 110 с.

5. СНБ 5.01.01–99 Основания и фундаменты зданий и сооружений. – Мн.: Минстройархитектуры РБ, 1999. – 36 с.

6. СНБ 5.03.01–02 Бетонные и железобетонные конструкции. РУП “Стройтехнорм”. – Мн.: Минстройархитектуры РБ, 2003. – 139 с.

7. СНиП 2.01.07–85 Нагрузки и воздействия. – М.: Стройиздат, 1986. – 60 с.

8. Коновалов, П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. – М.: Стройиздат, 1989. – 136 с.

9. Коттценбах, Р., Шмит, А., Рамм, Х. Основные принципы проектирования и мониторинга высотных зданий Франкфурта-на-Майне. Случаи из практики // Реконструкция городов и геотехническое строительство, № 9. – СПб.: АСВ, 2005. – С. 80–99.