N5, 2002

ПРИЧИНЫ РАЗВИТИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И НАДЕЖНОСТЬ ПРИНЯТЫХ РЕШЕНИЙ

АЛЕКСЕЕВ С.И.

Строительство зданий в сложных инженерно-геологических условиях, на структурно-неустойчивых грунтах и сильносжимаемых основаниях практически всегда связано с решением неординарных инженерно-геотехнических задач. Такие задачи требуют индивидуального подхода на всех этапах работ: при изысканиях, проектировании, организации строительства, проведении авторского и технического надзора, обязательного геотехнического мониторинга. Отсутствие в этой важнейшей технологической последовательности выполнения работ хотя бы одного звена неизбежно негативно отражается на результатах строительства, приводя в ряде случаев к аварийным ситуациям.

Характерным примером в этом отношении является аварийная ситуация, возникшая в 2001 г. при строительстве школы на 530 учащихся в пос. «Аксарка» Ямало-Ненецкого автономного округа.

Строительство здания школы размером в плане 42 х 60 м, высотой в 2…3 этажа (типовой проект 221-01-639) в данном поселке было начато в июле–августе 1998 г. Объект находится на территории России за Полярным кругом, т.е. на вечномёрзлых грунтах (ВМГ). Институтом «ПечорНИИпроект» было предусмотрено строительство по I принципу – с сохранением ВМГ. Для этого в пробуренные скважины Æ 350 мм и глубиной до 9 м погружались с добивкой сваи сечением 300 х 300 мм (СМУ – 12–30 и СМУ – 10–30). Работы проводились с августа 1998 г. по март 1999 г. В июне 1999 г. были проведены контрольные испытания 2 свай, которые показали величину расчётной нагрузки, допускаемой на сваи, в размере 42,25 т.

В зимний период 1999 –2000 гг. работы на строительной площадке не велись и возобновились лишь в апреле 2000 г., когда началось устройство высоких (высотой 1,2…1,7 м от планировочной отметки) монолитных железобетонных ростверков и балок под перекрытия цокольной части здания.

В августе 2000 г. при отсутствии необходимого технического контроля в связи с перегрузкой от складирования излишних сборных железобетонных плит перекрытия, произошло обрушение данных конструкций (с высоты »1,5 м) вместе с монолитными балками в одном из пролетов здания. При этом, как выяснилось позже, была сломана свая № 111 в кусте «7», которая при забивке имела максимальное недопогружение на величину 3,1 м. Данная свая была добетонирована на высоту »1,5 м и заармирована не расчетной арматурой, как и монолитные железобетонные балки БМ1. Это было установлено позже, после аварии в апреле 2001 г. Отмеченное произвольное восстановление несущих конструкций не согласовывалось с проектным институтом, заказчиком и было выполнено скрытно, в виде «самостроя».

В последующем работы были возобновлены с устройством металлического каркаса, 3 ярусов сборных железобетонных перекрытий, навесных панелей и кровли. В апреле 2001 г. от действия нагрузки 3 этажей ещё недостроенного здания школы наращенная монолитная часть сваи № 111 получила напряжения, превышающие предел ее прочности, и разрушилась (рис. 1). 

Рис. 1. Разрушение монолитной части сваи

 Таким образом, «эпицентр» разрушения здания школы находился на пересечении осей «7/Б» (свая № 111), от которого вследствие падения ростверка (с высоты »1,5 м ), балок и плит перекрытия разрушения строительных конструкций распространились к осям 5 и 10 вдоль осей А и Б (рис. 2, 3). 

Рис. 2. Разрушение здания школы 

Рис. 3. Разрушение ростверков свайного фундамента

 Высокие ростверки по осям А, Б между осями 6…9, опирающиеся на две сваи, получили разрушения преимущественно в виде сколов по граням подколонников.

Анализ прочности железобетонных конструкций ростверков показал, что данные монолитные конструкции, выполненные на строительной площадке, соответствуют классу бетона от В7,5 до В25. Реализованное проектное решение по устройству нежесткого ростверка, опирающегося на две сваи, надежно только при классе бетона не ниже В20.

Таким образом, все монолитные конструкции ростверка, выполненные из бетона класса В15 и ниже, ненадежны и нуждаются в усилении.

Падение монолитных ростверков с перекосом с высоты »1,5 м между парными сваями привело к горизонтальному смещению последних с нарушением их целостности (появлению горизонтальных трещин примерно в уровне планировки, т.е. в месте сопряжения свай с сезонномерзлым грунтом).

Анализ инженерно-геологических условий площадки строительства показал, что грунты представлены верхнечетвертичными аллювиальными лагунно-морскими песчано-глинистыми отложениями. В верхней части грунтовых напластований (до 4…12 м) преобладают супеси, фациально замещаемые на отдельных участках пылеватыми песками. Ниже залегают глины либо супеси. Грунты не засолены, практически не содержат органических веществ и крупнообломочных включений.

Верхнечетвертичные отложения перекрыты современными техногенными образованиями, насыпными пылеватыми песками мощностью до 1,5 м.

Площадка сложена вечномерзлыми грунтами (ВМГ), в основном несливающегося характера. Их кровля находится на глубине 4,0…7,0 м от поверхности.

В связи с неоднородным залеганием кровли ВМГ на площадке строительства были выделены три основных участка-зоны:

в осях здания 1/4–Д/Н (2-этажная часть) – участок сливающихся ВМГ с расположением кровли на глубине 1,5 м от поверхности и средней температурой –0,8° С;

в осях здания 10/12–Б/Кучасток отсутствия ВМГ до глубины 18 м (предположительная кровля ВМГ на глубине более 22 м со средней температурой –0,1° С), что является результатом деградации ВМГ от техногенных воздействий;

оставшийся участок площади застройки здания соответствует условиям несливающегося деятельного слоя со средней глубиной расположения кровли ВМГ на глубине 5,5 м от поверхности и средней температурой
–0,1°С (вялая мерзлота).

Разнотипность грунтовых условий и неоднородность залегания кровли ВМГ на пятне застройки здания при наличии вялой мерзлоты вызвали необходимость устройства системы охлаждающих установок (СОУ). Данная система при работе с ноября 2000 г. должна была обеспечить к январю 2001 г. температуру грунта в пределах –1,7…–2,7° С, что переводит грунты в категорию твёрдомёрзлых.

Следует подчеркнуть, что около 37% выполненных свай на данной площадке были недопогружены в предварительно пробуренные скважины на величину от 10 до 100 см (свая № 111 – на 310 см), на площадке не был организован геотехнический контроль за осадками здания и температурой ВМГ. Эти обстоятельства вынудили проектную организацию ещё в ноябре 1999 г. отказаться от авторского надзора, возложив всю ответственность реализации проекта на подрядную организацию.

Таким образом, отсутствие независимой технической экспертизы проекта, по сути авторского надзора, низкое качество технического надзора заказчика, слабая техническая подготовка подрядчика привели к аварии на данном объекте.

Чтобы исключить появление аварийных ситуаций на объектах, находящихся в сложных инженерно-геологических условиях (структурно-неустойчивых грунтах), необходима организация постоянного сопровождающего мониторинга. Главной целью геотехнического сопровождения является обеспечение минимизация влияния на окружающую среду при выполнении проекта за счет выбора и применения щадящих технологий ведения работ.

Комплексный инструментальный геотехнический мониторинг должен включать контроль: