Проблема влияния нового строительства на прилегающую застройку возникла одновременно с возникновением городов и получила отражение еще в античных источниках. Фундаменты возводились из бутовой кладки, сложенной всухую или на известково-песчаном растворе. При невозможности возведения фундаментов на естественном основании применялись различные способы улучшения строительных свойств слабого слоя грунта: его уплотнение, втрамбовывание в него щебня, забивка деревянных свай, песчаные подушки, бетонные или каменные подушки и т. д. До конца XIX в. ни конструкция, ни технология устройства фундаментов не испытывали каких-либо революционных преобразований.

В России начиная с Петра Великого особое внимание уделялось нормированию и контролю качества строительства. Основными нормативными документами той эпохи можно считать Строительное уложение (1710 г.), Новое строительное уложение (1820 г.) и Урочное уложение графа Рошефора (1889 г.). Последнее переиздавалось до 1930-х гг. и было положено в основу советских нормативных документов.

Интересно отметить, что уже в Урочном положении Рошефора уделено внимание такому актуальному для современной ситуации вопросу, как «повреждение соседних зданий производящеюся постройкой». Там отмечается: «бывает, что строящийся сосед не  принял тех мер предосторожности, которые он мог бы принять, например, не оградил грунта шпунтовым рядом, имея в виду опуститься с фундаментом ниже соседнего, не оставил промежутка между своею стеною и соседнею, отчего осадка даже на одних только швах в новой кладке могла вредно повлиять на старую и т.п.» [6].

В качестве критерия, которым следовало 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, установлениям, которые выработались на основе накопленного опыта.

В дополнение к этому в изданном в 1962 г. СНиП II-Б.1–62 «Основания зданий и сооружений» было рекомендовано учитывать «загрузку территории в непосредственной близости от существующих фундаментов, в этом случае расчет должен выявить величину дополнительных осадок и кренов существующих фундаментов». Эта рекомендация, впрочем, относилась не столько к догружению основания существующего здания весом нового, сколько к влиянию насыпей, навалов шлака, руды и т.п.

В позднейших редакциях СНиПа появилось следующее примечание: «При проектировании сооружений, расположенных в непосредственной близости от существующих, необходимо учитывать дополнительные деформации оснований существующих сооружений от нагрузок проектируемых сооружений». Этим фактически и по сей день исчерпываются нормативные указания федерального уровня о новом строительстве и реконструкции в среде сложившейся городской застройки.

Отсутствие в СНиПе каких-либо критериев, нормирующих допустимые влияния на существующую застройку, вполне объяснимо: до 1990-х годов в нашей стране преобладало освоение новых территорий, причем здания, как правило, отстояли друг от друга на значительные расстояния.

В тех же случаях, когда при плотном примыкании новых зданий к существующим последние получали значительные повреждения и разрушения, экономический ущерб несло государство, все общество. Наибольшее внимание этой проблеме уделялось  в исследованиях ленинградской геотехнической школы, поскольку в Ленинграде она стояла наиболее остро. В 1977 г. под руководством профессора Б.И. Далматова был разработан региональный нормативный документ – «Временная инструкция по устройству фундаментов около существующих зданий» (ВСН 401-01-1–77), содержащий рекомендации по расчету оснований, конструкциям фундаментов, мероприятиям, нацеленным на обеспечение сохранности существующих зданий. В этом документе было предложено оценивать относительную неравномерность дополнительных осадок существующего здания, обусловленную соседним строительством, и ограничивать ее предельно допустимой величиной, предписываемой СНиПом. Возникла некоторая неопределенность: допускаются ли для существующего здания такие же осадки, как и для вновь возводимого, или же имеются в виду суммарные осадки (накопленные плюс дополнительные). В первом случае допустимые осадки оказывались бы опасными для существующих строений, а в последнем расчет был бы затруднен отсутствием достоверной информации о накопленных осадок.

В связи с этим появилась насущная необходимость нормирования дополнительных деформаций существующих зданий при их реконструкции и новом строительстве. Большая работа в этом направлении была выполнена под руководством профессора С.Н. Сотникова [7]. Предложенные им критерии ограничения дополнительных деформаций в зависимости от типа здания и категории его состояния были положены в основу действующих петербургских норм (ТСН 50-302–96). С.Н. Сотников предложил руководствоваться следующим критерием:

S_ad £ S_ad,u (1)

где S_ad – дополнительная осадка существующего здания от загружения соседнего участка возводимым зданием или сооружением. Для зданий исторической застройки в зависимости от категории состояния допустимые значения дополнительной осадки были ограничены величинами S_ad,u =2...4 см, кроме этого, были введены ограничения по относительной неравномерности осадок j_ad,u = 0,0007...0,0020 и крену i_ad,u = 0,002...0,004.

Следует отметить, что критерий (1) распространяется исключительно на оценку статической составляющей осадки и оставляет без внимания все прочие слагаемые, связанные с производством работ. В нормах оговаривается необходимость учета лишь одного дополнительного техногенного фактора – отклонения шпунта в сторону проектируемого котлована.

Для преодоления указанного недостатка В.М. Улицким, А.Г. Шашкиным (1998) была предложена концепция учета всего комплекса факторов, порождаемых сложной реконструкцией и новым строительством в условиях городской застройки: не только факторов, связанных с изменением статических условий работы основания (нагружением массива грунта весом нового здания, разгрузкой при устройстве выработок и т.д.), но и факторов риска, обусловленных технологией ведения строительных работ. Следует отметить, что подобная концепция положена в основу московских региональных норм (МГСН...). Примечательно, что в них предлагается более жесткое, чем в петербургских нормах, ограничение дополнительных деформаций зданий исторической застройки: S_ad,u = 0,2...1,0 см; j_ad,u= 0,0001...0,0005; i_ad,u = 0,0001...0,0005 [12].

Принципиальное отличие московских норм заключается в следующем:

1. Критерий (1) дополняется условием:

S + S_ad £ S_u^полн,  (2)

где S – деформация основания, завершившаяся до начала нового строительства и определяемая расчетом в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01–83*, S_u^полн – предельное значение полной деформации основания.

2. Значение S_u^полн в общем случае предписывается назначать исходя из расчетов совместной работы конструкций нового и старого зданий и их оснований и определения допустимых величин внутренних усилий в конструкциях существующего здания с учетом степени его износа и величин накопленных деформаций.

3. Величину дополнительных деформаций существующих зданий и сооружений S_ad рекомендуется определять путем комплексного анализа всех факторов влияния на основе математического моделирования методом конечных элементов с использованием нелинейных моделей грунтов. Нормами предусмотрен обязательный учет следующих основных факторов:

Таким образом, впервые в отечественной нормативной литературе вводится требование расчетной оценки технологической составляющей деформаций существующей застройки. При этом вопрос о методике расчетной оценки технологической составляющей остается открытым.

Для городов, возведенных на слабых глинистых грунтах, руководствоваться условием (2) весьма затруднительно, поскольку накопленные деформации существующей застройки, как показали исследования С.Н. Сотникова  [7], превышают расчетные ожидания. Причина этого несоответствия кроется, прежде всего, в свойстве длительной ползучести слабых глинистых отложений, которое не исследуется при проведении стандартных инженерно-геологических изысканий и, соответственно, не учитывается при расчете осадок. Практически все здания исторической застройки Петербурга за историю своего существования претерпели осадки, значительно превышающие допускаемые СНиПом. Поэтому введение условия (2) в петербургские геотехнические нормы сделало бы практически невозможной строительную деятельность в центре города.

Тем не менее, учет разного рода воздействий на существующие здания, имевших место в последнее десятилетие, совершенно необходим для обеспечения сохранности застройки. Действительно, одно и то же здание на протяжении десятилетий своего существования может претерпеть множество внешних воздействий, связанных, например, с его надстройкой, прокладкой возле него глубоких коммуникаций, ремонтом набережной, устройством подземного перехода или строительством тоннелей метрополитена, со сложной реконструкцией соседнего здания или возведением нового здания. Конечно же, маловероятно, что все эти воздействия сконцентрируются вокруг одного здания, но нельзя исключать и проявления каких-либо двух–трех из них. Надстройка зданий мансардами получила в Санкт-Петербурге весьма широкое распространение. Осуществляется масштабная программа замены инженерных коммуникаций и прокладки новых с использованием современных технологий (микротоннелирование). Начинается кардинальная реконструкция транспортной инфраструктуры города: строятся подземные переходы, реконструируются набережные, устраиваются транспортные развязки.

Действующие ТСН 50-302–96 не препятствуют тому, чтобы всякий раз для каждого воздействия допускать дополнительные осадки существующего здания в пределах нормируемых значений. Таким образом, суммарная дополнительная осадка зданий от n воздействий (причем только статических), происходящих в разное время, оказывается равной S_ad,u х n. Очевидно, что ни одно здание исторического центра не в состоянии выдержать без разрушения столь значительные деформации, вызванные статическими факторами, не говоря уже о дополнительных осадках вследствие влияния геотехнологий.

Таким образом, для оценки сохранности городской застройки на слабых грунтах критерий (1), нацеленный на ограничение деформаций от единичного статического воздействия, оказывается недостаточно строгим, не охватывающим всего комплекса факторов: не рассматривающим историю накопления зданием деформаций и различные технологические аспекты влияния на состояние существующих зданий и массив грунта в их основаниях.

В то же время применимость критерия (2) для застройки на слабых грунтах представляется весьма проблематичной, поскольку собственные осадки существующих зданий, как правило, значительно превышают значения, допускаемые СНиП 2.02.01–83*.

Помимо основного критерия, нормирующего дополнительные деформации застройки, для оперативного отслеживания геотехнической ситуации в рамках мониторинга применяется ряд производных критериев. Все они имеют подчиненное положение по отношению к критерию по допустимым деформациям. Они состоят в регламентации какого-либо конкретного вида воздействия некоторым определенным «безопасным» уровнем, при котором это воздействие еще не приводит к деформации окружающей застройки.

Наиболее распространенным критерием такого рода в европейской геотехнической практике является ограничение понижения уровня грунтовых вод в городах. Это требование является весьма жестким: как правило, не допускается опускание зеркала грунтовых вод более чем на 10...15 см ниже существующего. Введение этого критерия обусловлено стремлением сохранить уровень воды выше деревянных элементов (лежней, свай), имеющихся под подошвами фундаментов исторических зданий. Кроме этого, водопонижение может способствовать развитию механической суффозии грунтов и увеличению эффективных напряжений.

Весьма эффективным является также ограничение параметров колебаний грунта при производстве геотехнических работ такой величиной, при которой не происходит развития негативных процессов в основании окружающей застройки. Такой критерий подробно разработан в ВСН 490−87 и уточнен в новой редакции этого документа. Он назначается исходя из категории технического состояния окружающих зданий и вида грунта в основании. В основу норм положены многолетние исследования воздействия вибрации на механические характеристики грунта, проведенные сотрудниками ВНИИГСа в натурных и лабораторных условиях, что позволило определить уровни колебаний, не приводящие к изменению этих характеристик.

Следует отметить, что численные значения всех приведенных выше критериев – по осадкам, допускаемым ускорениям колебаний и т.д. – нуждаются в существенном пересмотре. Это связано, во-первых, с социальными изменениями в обществе (появился собственник жилья и нежилых строений) и, во-вторых, с повышением качества отделки помещений. В настоящее время стоимость отделки может значительно превышать стоимость строительно-монтажных работ. В связи с этим численные значения приведенных в нормах критериев, которые исходят только из обеспечения сохранности конструкций, оказываются слишком грубыми для обеспечения сохранности отделки. В этих условиях особую актуальность приобретает прогноз возможных воздействий на стадии проектирования.

При строительстве и реконструкции в среде плотной  городской застройки к факторам риска (т.е. к факторам, которые могут оказывать негативное воздействие на состояние окружающей застройки) можно отнести:

1 – изменение статических условий работы оснований существующей застройки, обусловленное нагружением или разгрузкой грунтового массива и являющееся результатом реализации проекта (нагружение весом нового здания, разгрузка вследствие разборки соседнего строения, понижения планировочных отметок и т.п.) – постоянное статическое воздействие;

2 – изменение гидрогеологических условий на территории вокруг объекта, являющееся результатом реализации проекта (устройство преград на пути естественных потоков подземных вод, понижение уровня грунтовых вод в связи с устройством искусственных дренирующих систем и т.п.) – постоянное гидродинамическое воздействие;

3 – возникновение дополнительных эксплуатационных нагрузок на основание вследствие возведения объекта (динамические нагрузки от работы оборудования, движения транспорта, температурные воздействия, загрязнение грунтов основания) – постоянные технологические воздействия;

4 – изменение статических условий работы оснований существующей застройки в период производства работ нулевого цикла (устройство выемок – котлованов, траншей; разборка подпорных стенок набережных при их ремонте; подвижка ограждения котлована; воздействие временных анкеров на массив грунта и т.п.) – временные статические воздействия;

5 – изменение гидрогеологических условий на территории вокруг объекта в период производства работ нулевого цикла (водопонижение, локальное обводнение массива) – временное гидродинамическое воздействие;

6 – возникновение дополнительных технологических нагрузок на основание в период возведения объекта (ударные и вибрационные нагрузки от погружения свай, шпунта; статические нагрузки вследствие погружения свай и шпунта вдавливанием; изменение статических условий работы массива при переборе грунта вследствие изготовления буровых свай, при потере устойчивости выработок, устроенных  под защитой тиксотропного раствора; при микротоннелировании и проходке тоннелей метро; нагрузки, связанные с инъецированием, замораживанием грунта и т.п.) – временные технологические воздействия.

Перечисленные факторы по типу воздействия разделяются на три группы: статические, гидродинамические, технологические, а по продолжительности воздействия – на два класса: постоянные и временные.

Статические воздействия могут приводить к уплотнению и разуплотнению, упрочнению и разупрочнению грунта, к деформациям формоизменения – вплоть до потери несущей способности основания (выпора из-под подошвы фундамента, обрушению подпорной стенки и т.д.). Гидродинамические воздействия приводят к изменению эффективных напряжений в грунте, что может стать причиной уплотнения или разуплотнения массива, образования плывунов, развития механической суффозии, образования карстов.

Расчетная оценка этих двух групп воздействий с большей или меньшей степенью достоверности может быть выполнена по известным моделям механики грунтов.

В реальном проектировании, как правило, внимание уделяется классу, объединяющему постоянно действующие статические и гидродинамические факторы. Рассмотрение временных факторов во многих случаях переносится на стадию разработки проекта производства работ, который часто выполняется силами подрядной организации, без привлечения специалистов-геотехников и поэтому оказывается слишком формальным и неполным.

Технологические воздействия сведены в одну группу довольно условно (по признаку обусловленности деформаций той или иной технологией строительства или эксплуатации). Эта группа объединяет всевозможные разнотипные воздействия: статические, гидродинамические, динамические, физические (температурные, электрические и т.п.), химические и биологические. Общей чертой этой группы является неотработанность расчетной методики учета воздействий, а во многих случаях даже отсутствие таковой.

Как показал анализ результатов обследований 50 объектов реконструкции и нового строительства в Санкт-Петербурге, в наибольшем количестве случаев (почти 60%) деформации были обусловлены влиянием временных технологических воздействий.

В общем случае деформации существующего здания или сооружения при ведении рядом с ним строительных работ определяются суммой слагаемых, обусловленных воздействием перечисленных выше шести групп факторов:

  ₍₃₎

Кроме оценки воздействий на существующие здания, обусловленных планируемым соседним строительством, необходим также учет истории их деформирования. Как отмечалось выше, совместный учет дополнительных воздействий (3) и собственных деформаций застройки в виде (2) практически неприменим для условий распространения слабых глинистых грунтов, на которых исторические здания за длительный период своего существования получили осадки, намного превышающие допускаемые СНиП 2.02.01–83*.

Представляется, что разрешить эти противоречия можно, записав критерий допускаемых дополнительных деформаций для существующей застройки в следующем виде:

сумма дополнительных деформаций (осадки, относительной разницы осадок или крена) сохраняемых конструкций объекта реконструкции и/или соседних зданий (сооружений) не должна превышать предельно допустимого значения:

  (4)

где Sⁱ_ad – величина допустимой дополнительной деформации (абсолютной осадки, относительной разности осадки, крена) сохраняемых конструкций объекта реконструкции и/или соседних зданий вследствие воздействия i-й группы факторов, связанных со статическим нагружением (разгрузкой) основания, гидродинамическими воздействиями и с тех­нологией ведения работ;

S⁰_ad – прогнозируемый прирост незавершенных деформаций от технологических, статических, гидрогеологических воздействий, имевших место в прошлом (для случая нестабилизированного состояния основания). Значения S⁰_ad  могут определяться расчетным путем с учетом оценки степени стабилизации осадок по наблюдениям за положением геодезических марок, маяков и датчиков на трещинах (такая оценка может быть проведена на подготовительном этапе мониторинга).

Величина предельно допустимой дополнительной осадки, относительной разности осадок, крена сохраняемых конструкций объекта реконструкции и/или соседних зданий (сооружений) S_ad u должна определяться совместным расчетом здания (сооружения) и основания. Расчет осуществляется с учетом фактического деформированного состояния здания (сооружения), определяемого при его обследовании. Значения S_ad u соответствуют таким дополнительным деформациям здания (сооружения), реализация которых не приведет к дальнейшему повреждению его конструкций, в том числе к образованию и раскрытию трещин. Для зданий, имеющих ценную в художественном отношении наружную и/или внутреннюю отделку величины S_ad u целесообразно определять из условия недопущения ее повреждения.

Выполнение условия (4) является гарантией безопасного строительства и реконструкции, поскольку этот критерий распространяется на весь спектр возможных неблагоприятных воздействий на здание и грунты в его основании. Он в «свернутом» виде содержит всю структуру геотехнического сопровождения строительства, основными составляющими которого являются:

Очевидно, что объем и содержание геотехнического сопровождения определяются уровнем сложности решаемой геотехнической задачи.

Список литературы

1. Рыбаков В.И. Осадки фундаментов сооружений (Результаты наблюдений и анализ). М.; Л.: Стройиздат, 1937.

2. Ермолаев Н.Н., Михеев В.В. Надежность оснований сооружений. Л.: Стройиздат, 1976.

3. Швец В.Б., Тарасов Б.Л., Швец Н.С. Надежность оснований и фундаментов. М.: Стройиздат, 1980.

4. Мулюков Э.И. Статический анализ причин и вероятный прогноз отказов оснований и фундаментов // Отказы в геотехнике: Сб. статей. Уфа. 1995, С. 5–17.

5. Королев М.В. Примеры и причины аварий зданий и сооружений в г. Москве //Методическое пособие / МГСУ. М., 1998.

6. Рошефор Н.И. Иллюстрированное урочное положение: Ч. 2. М.: Гостехиздат, 1928.

7. Сотников С.Н., Симагин В.Г., Вершинин В.П. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений (Опыт строительства в условиях Северо-Запада СССР). М.: Стройиздат, 1986.

8. ВСН 401-01-01–77. Временная инструкция по устройству фундаментов около существующих зданий /Исполком Ленгорсовета. Л., 1977.

9. СНиП II-Б.1–62. Основания зданий и сооружений. М.: Госстройиздат, 1962.

10. СНиП 2.02.01–83. Основания зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1985.

11. Рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов при возведении зданий вблизи существующих в условиях плотной застройки в г. Москве /Правительство Москвы; Москомархитектура. М., 1999.

12. Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции / Правительство Москвы; Москомархитектура. М., 1998.