Надійне проектування будівель

Бойко І. Надійне проектування будівель : [Бесіда з завідуючим кафедрою Основ і фундаментів Київського національного університету будівництва та архітектури Бойко І. / Записала Івашко Ю,] // Будмайстер. 2003. №8 . C.30-31



Проблема стійкості будівель - одна з найболючіших, найактуальніших в архітектурі і будівництві. Ще в архівних джерелах можна знайти згадки про тріщини і деформації в муруванні Успенського собору, а також про ті заходи, які були вжиті тогочасними архітекторами і будівничими для їх усунення. Пізанська башта, яка ?падає? вже кілька сот років - це теж приклад того, до яких фатальних наслідків може призвести помилка в проектуванні фундаментів і розрахунках основи. На жаль, ?тріщать? сьогодні і багато сучасних будівель - знов-таки, через прорахунки в конструкціях фундаментів і неповне знання геології та гідрогеологи основи під фундаментами. Все це свідчить про надзвичайну важливість проблем, розповісти про які ми попросили Ігоря Петровича Бойка - доктора технічних наук, професора, завідуючого кафедрою Основ і фундаментів Київського національного університету будівництва та архітектури.



- Ігоре Петровичу, як давно Ви займаєтесь проблемою взаємодії основ і фундаментів і чому саме на ній зосередили свою увагу?

- Найперші навички в будівельній справі я отримав ще у дитинстві. Пам'ятаю, як у важкі повоєнні роки мій батько, Петро Іванович, вправно володіючи сокирою, разом із родичами і сусідами, будував нашій родині нову хату. А скільки таких хат він побудував людям - і сказати важко! При цьому професійних будівельників в моєму роді не було, хоча, гадаю саме дитячі і юнацькі враження від батьківської праці підсвідомо зумовили вибір майбутньої професії.

Що стосується взаємодії основ і фундаментів, то цією проблемою я займаюсь давно, більше 35 років. Для того, щоб надійно проектувати будівлю треба попередньо все знати про геологічний та гідрогеологічний склад основи. А це, в свою чергу, потребує сучасного устаткування та приладів для проведення досліджень грунтів в лабораторних і польових умовах. На жаль, сьогодні в Україні немає жодного заводу, який випускав би ці прилади, а роботи проводяться на тому обладнанні, яке залишилося з радянських часів. Крім цього, необхідно створити належну нормативну базу з орієнтацією на комп'ютерні технології проектування, тобто використання автоматизованої системи наукових досліджень при проектуванні взаємодії основи, фундаменту і надземної частини будівлі.



- Зараз багато говориться і пишеться про особливості будівництва на зсувонебезпечних територіях. Яка Ваша думка з цього приводу?

- На зсувонебезпечних територіях просто-таки необхідно враховувати значення додаткового горизонтального навантаження, яке виникає за рахунок зміни параметрів грунтів основи на потенційній поверхні ковзання. Сьогодні в більшості випадків будівля розраховується з використанням значення коефіцієнта жорсткості основи, який містить дані про контактні напруження під підошвою фундаменту неглибокого закладення і не має нічого спільного з роботою пальового фундаменту і поведінкою фунту основи під його підошвою, що зрештою і обумовлює надійність надземних конструкцій.



- Які тенденції в сучасному будівництві можна виділити як найбільш характерні?

- Хочу назвати одну з основних тенденцій останнього десятиріччя: зростання обсягів реконструкції існуючих будівель порівняно з новим будівництвом. Це можна пояснити насамперед зміною системи фінансування, співвідношень між державними та приватними інвестиціями, а також розвитком наукових досліджень щодо використання можливостей існуючих споруд. Цьому факту сприяло і прийняття програми відтворення, реставрації пам'яток історії, культури та архітектури України. Така зміна в напрямах сучасного будівництва показала необхідність вирішення таких завдань, як:

- складання програми та технічних вимог до обстеження сучасного стану грунтів основи та матеріалів фундаментів і надземних конструкцій;

- розробка методів оцінки несучої здатності фунтів основи при додаткових навантаженнях;

- оцінка взаємного впливу сусідніх будівель в умовах прибудови або надбудови існуючих споруд;

- проведення оцінки інженерних захисних заходів для забезпечення надійної взаємодії фундаментів з основою в нових умовах;

- врахування спільної роботи елементів системи основа-фундамент-надземні конструкції;

- використання прогресивних технологій влаштування паль із напірним бетонуванням;

- оцінка стійкості схилу на зсувонебезпечних територіях з використанням чисельного моделювання основних процесів в фунтових масивах.

Такий підхід до обстеження існуючих будівель і споруд забезпечує отримання надійних вихідних даних для проектування об'єктів різного призначення.



- Ігоре Петровичу, в сучасній практиці відомі приклади пошкоджень сусідніх будівель, що виникають під час нового будівництва. Чому такі приклади мають місце?

- Дійсно, сумна статистика свідчить про те, що значної шкоди будівельним конструкціям старих споруд завдається саме під час появи поряд з ними новобудов. Слід пам'ятати, що в умовах прибудови або реконструкції споруд відповідальними етапами є виїмка фунтів при влаштуванні котловану, а потім темпи прикладення навантаження на основу та взаємодія основи з існуючими фундаментами. Ці проблеми й досі залишаються недостатньо розробленими, існують лише певні інженерні пропозиції щодо прогнозу впливів фундаментів сусідніх споруд та поведінки існуючих фундаментів при додаткових навантаженнях. Застосування інженерних методів прогнозу взаємовпливу сусідніх фундаментів знижує результати в 1,5-2 раза, тому більш ефективною здається методика чисельного моделювання, розроблена кафедрами КНУБА і НТУУ ?КПІ? (проф. О.С. Сахаров). До речі, проектування інженерних захисних заходів методами механіки на комп'ютерній базі забезпечує можливість порівнювати різні конструктивні рішення захисту споруд і вибирати оптимальне рішення. Традиційні методики розрахунку порівняно з чисельним моделюванням можуть давати похибку в 2-3 рази, отже, призводять або до прийняття неоптимальних рішень, або до великих перевитрат матеріалів.



- Відомо, що Ви приймали участь в реставрації Преображенського собору в Новгород-Сіверському, Андріївської церкви в Києві, а також у відтворенні церкви Богородиці Пирогощі, Михайлівського Золотоверхого монастиря і Успенського собору Києво-Печерської лаври. Які з цих робіт запам'яталася найбільше?

- Всі об'єкти, якими мені доводилось займатись як науковцю і практику, по-своєму важливі. Проте в моєму житті були об'єкти, які є для мене особливими - це Михайлівський Золотоверхий собор Михайлівського монастиря і Успенський собор Києво-Печерської лаври. їх об'єднує те, що обидві святині православного світу були зруйновані в радянські часи. Через це Київ втратив частину своєї неповторності і своєрідності, адже протягом багатьох століть золоті бані, витончені силуети Михайлівського і Успенського соборів були своєрідною ?візитною карткою?, символом міста, який здалеку бачили гості Києва, тільки-но наближаючись до дніпровських берегів. Різною була доля цих двох соборів - один загинув за часів ?войовничого атеїзму? тридцятих років, другий - в роки Другої світової війни, в наш же час обидва вони були відтворені. Правда, рівень складності робіт під час їх відтворення був різним: Михайлівський собор відтворювався в буквальному розумінні цього слова ?на порожньому місці?, оскільки навіть його руїни не збереглися, а залишки стародавніх фундаментів були засипані землею. Від Успенського собору вцілів лише крайній Іоанно-Богословський боковий вівтар з банею і частина древніх стін, яка була здеформована від вибуху, отже, під час відтворення реставратори повинні були поєднати залишки старого собору з новим муруванням.



- А якими були древні підмурки Михайлівського і Успенського соборів, чим відрізнялись методи к влаштування?

- Древні підмурки Михайлівського Золотоверхого собору досліджувались під час археологічних розкопок 1996-1997 років. Було встановлено залягання первісного культурного шару супісків на півметра нижче відмітки підошви древніх підмурків. Давньоруське мурування велося з застосуванням жовтої, рожевої, червоної та брунатної плінфи великих розмірів, а фундаменти більш пізньої ?хрещальні? складалися з запитого цем'янковим розчином бутового каміння, перемішаного з шматочками давньоруської цегли-плінфи. Глибина залягання фундаментів в різних частинах собору була різною: наприклад, фундаменти ?хрещальні? мали незначну глибину залягання - 0,7-0,8 м, рівень підошви підмурків в центральній частині собору - від 0,9 м з заходу до 1,6 м в апсидах, глибина залягання фундаментів підмурків північної стіни становила 0,6 м. Фундаменти більш пізнього періоду XVIII століття були більш глибокими: глибина залягання підошви підмурків в апсиді становила 2,26 м, в центрі стіни - 2,32 м, підошва фундаментів аркбутанів знаходилась на відмітці 2,5-2,75 м. Улаштовували давні підмурки в такій послідовності: спочатку викопували фундаментні рови і робили в них глиняну підготовку, потім проводили своєрідні протипросадочні заходи (зміцнювали дно фундаментних ровів дерев'яними лежнями, скріпленими між собою залізними штирями і залитими цем'янковим розчином), після цього закидали рови бутовим матеріалом - кварцитом - і заливали його світлим цем'янковим розчином.

Тепер щодо особливостей фундаментів Успенського собору. В межах території Успенського собору також існувала значна розбіжність в відмітці залягання підошви фундаментів, адже собор будувався і зазнавав значних перебудов і ремонтів в різні історичні часи: і в XI столітті, і в XVI-XVII, і в XVIII. І в кожний період конструкції фундаментів відзначалися своїми особливостями, та й стан матеріалу фундаментів також був неоднаковий. В давньоруський період для підмурків застосовували брили пісковику, плінфу з вапняно-цем'янковими розчинами високої щільності та міцності. Всі роботи з реконструкції Успенського собору, які тривали з XIII століття, виконувались з використанням цегли і вапняково-піщаних розчинів. Взагалі ж в будівництві Успенського собору можна виділити сім періодів: І-ІІ періоди належали до давньоруських часів, III-IV - до часів Ренесансу, V-VII - до часів українського бароко.

В цілому маємо зазначити, що хоча технологія влаштування підмурків в давньоруських спорудах була подібною в багатьох об'єктах і передбачала застосування вапняково-цем'янкових розчинів, проте існували й відмінності як у складі бутових фундаментів, так і в хімічному складі розчинів.



- На думку фахівців, однією з найскладніших проблем під час відтворення Михайлівського і Успенського соборів була проблема влаштування фундаментів. Яким чином вирішувалась ця проблема?

- Ескізним проектом відтворення зруйнованого Михайлівського Золотоверхого собору передбачався розгляд чотирьох варіантів влаштування фундаментів. Першим варіантом передбачалося використати як основу природні грунти: на основу навантаження від надземної частини собору мало передаватися через монолітну залізобетонну плиту на позначці давніх підмурків. Крім того, цим варіантом передбачалося влаштування верхньої розвантажувальної залізобетонної платформи з позначкою верху 186,70 м. Між цими двома плитами мали розташовуватися по сітці 4 х 4 м залізобетонні стовпи. Другий варіант передбачав спільну роботу старих фундаментів, які пропонувалось заключити в залізобетонні обійми, і нижньої залізобетонної плити: в цьому випадку не влаштовувалась верхня розвантажувальна плита. Відповідно до третього варіанту, навантаження від собору на несучі шари грунту основи передавалися за допомогою залізобетонних буронабивних паль, а над старими фундаментами влаштувалася цільна залізобетонна плита-ростверк, яка і передавала навантаження від собору на палі. Варіант чотири також передбачає застосування буронабивних паль, але замість плити-ростверку влаштовувались стрічкові ростверки під несучими стінами. В цьому випадку осі нових стін і старих підмурків не співпадали.

В остаточному варіанті для підсилення старих підмурків було застосовано схему із буро-набивними палями діаметром 500 мм, буро-ін'єкційними палями діаметром 200 мм, вдавлюваними палями і суцільною залізобетонною плитою-ростверком. На палю діаметром 200 мм приймалося навантаження до 300 кН, на вдавлювану палю - до 400 кН, на палю діаметром 500 мм - до 900 кН. Оскільки найбільше навантаження припадає на центральну частину собору, там було застосовано буронабивні палі діаметром 500 мм. Кожний варіант вибирали