Инженерная защита зданий и сооружений в условиях Севера

ИИЖЕИЕРШЯ] ЗАЩИТА 3Щ^ПШШ Ш ©©©[РШЕМЙ

1УШОШМЖ СЕНЕКА

Здания и сооружения, как и люди, тоже «болеют» и «стареют». Причем в условиях Севера разрушение строительных конструкций протекает более интенсивно, чем в других регионах.

Сегодня гость редакции журнала - один из главных специалистов, занимающихся ремонтно-восстановительными работами на аварийных объектах Якутска, директор научно-производственного объединения «Гзотехнология» кандидат технических наук Федор Елисеевич Попенко.

Федор Елисеевич, расскажите, пожалуйста, когда было организовано Ваше предприятие, какова его структура и какие задачи оно решает?

Наше предприятие создано в апреле 1991 г. Первоначально мы занимались только укреплением оснований аварийных зданий и сооружений методами принудительного охлаждения высокотемпературных грунтов установками парожидкост-ного типа, используя в качестве теплоносителя аммиак, впоследствии -хладон. По мере развития производственной базы состав работ расширялся, и постепенно мы освоили полный комплекс изыскательских, проектных, строительно-монтажных и ремонтно-восстановительных работ на аварийных, а затем и на строящихся объектах, в том чис-

ле - создание систем инженерной защиты от подтопления и опасных инженерно-геологических процессов как природного, так и техногенного происхождения.

В частности, нами разработан и реализован проект инженерной защиты Ледового дворца спорта в г. Якутске, продолжение строительства которого находилось под угрозой из-за исключительно сложных инженерно-геологических условий стройплощадки. Комплекс мероприятий по глубинному охлаждению (до 10-12 м) оттаявших и высокотемпературных (минус 0,2-0,5°С) грунтов, а также осушению верхних горизонтов водоносных таликов системой дренажных траншей и водосборных колодцев позволил в течение первого зимнего сезона создать в основании здания низкотемпературное (минус 3-5°С)стационарное поле, гарантирующее высокую степень эксплуатационной надежности этого уникального объекта.

Сегодня наше предприятие имеет собственную производственную базу, транспортый парк, буровую и специальную технику, грунтовую лабораторию, цех по производству жидкого натриевого стекла, используемого для закрепления оттаявших песчаных грунтов оснований зданий и сооружений методом силикатизации, насосное оборудование и т. д. Проекты усиления оснований, фундаментов и несущих ограждающих конструкций аварийных зданий и сооружений разрабатываются конструкторской группой нашего предприятия, оснащенной современными программными средствами и компьютерной техникой. Располагая соответст-

Директор научно-производственного объединения "Гэотехнология"к. т. н. Ф. Е. Попенко.

ключ». При этом весь комплекс работ выполняется нами по собственным проектам.

Как складываются ваши отношения с заказчиками?

Мы работаем по заявкам и техническим заданиям предприятий и организаций различных форм собственности на договорных условиях. Однако основную часть годовых программ составляют государственный и муниципальный заказы. Причем к нам обращаются только в тех случаях, когда требуется комплексный подход: необходимо выполнить ремонт-но-восстановительные работы аварийных зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях, то есть при наличии в их основаниях обводненных таликов или

как следствие, возможная деградация вечной мерзлоты, особенно опасная на территориях населенных пунктов с развитой сетью инженерных коммуникаций, остро ставят вопрос о разработке методов и специальной техники для создания устойчивых к водно-тепловым и физико-химическим нагрузкам грунтовых структур как на стадии строительства, так и при выполнении аварийно-восстановительных мероприятий.

Основная особенность нашего предприятия - сдача Основнойзаконремонтно-укрепительныхработ-проектная

объектов что называется «под документация.

Ю. А. Гагарина.

отчетливо выраженных последствий криогенных процессов -значительных разрушений фундаментов и ограждающих конструкций. В последнее время мы производим также осушение наиболее обводненных участков города, устраивая системы дрен и водосборных дренажных колодцев.

вующими лицензиями, мы выполняем работы по укреплению оснований и фундаментов аварийных зданий и сооружений, внедряем специальные технологии по управлению температурным режимом многолетнемерзлых грунтов и закреплению химическими методами оттаявших грунтов в основаниях строящихся и эксплуатируемых зданий, находящихся в аварийном состоянии.

В настоящее время реально существующая проблема глобального потепления климата и,

Восстановление здания бывшей типографии им.

г. Якутск.

Какие крупные городские объекты вам пришлось спасать?

Как было сказано выше, нами был реализован проект инженерной защиты Ледового дворца спорта в г. Якутске, включающий принудительное промораживание грунтов установками парожид-костного типа, осушение территории линейными дренами и водосборными дренажными колодцами, устройство противофильтрационных завес. Всего по контуру здания и под ним, в пределах талой и высокотемпературной зон, заложено 378 охлаждающих установок с общей длиной грунтовых испарителей около 3900 погонных метров.

В перечень наиболее сложных и ответственных объектов следует включить: 9-этажные дома по ул. Лермонтова; здания на ул. Чернышевского, 8 и Орджоникидзе, 7; городской коллектор на пересечении улиц Дзержинского и Федора Попова, где для закрепления плывуна применен метод двухраст-ворной силикатизации на основе натриевого жидкого стекла и хлористого кальция; на ул. Дзержинского для заполнения провалов под проезжей частью использованы глиносиликатно-цементные растворы. К перечисленным объектам можно было бы добавить многие другие, находящиеся не только в г. Якутске, но и в различных населенных пунктах республики.

В настоящее время наше предприятие восстанавливает здание бывшей типографии им. Гагарина в г. Якутске, которое будет реконструировано

Инженерно-геологическая летопись территории г.Якутска: от речных наносов до деревянной мостовой.

в Национальный художественный музей. Это исключительно сложный по составу работ и инженерно-геологическим условиям объект. В частности, под здание нами подведено 52 дополнительные стойки, опирающиеся на заглубленные на 3,0-3,5 м башмаки, а также смонтировано около 800 погонных метров антисейсмических поясов и т. д.

Предприятием подписан контракт и начата подготовка проектов по укреплению основания и фундамента здания Чурапчинской средней школы. Оно находится в аварийном состоянии из-за допущенных при проектировании и строительстве ошибок. При этом нам предстоит выполнить также большой объем работ по реконструкции здания в целом.

Помимо аварийно-восстановительных работ, наше предприятие выполняет заявки на устройство нулевых циклов зданий коттеджного типа, дизельных станций, ретрансляционных вышек, станций космической связи и т. д. В ближайшем будущем мы предполагаем расширить сферу деятельности предприятия за счет общестроительных работ.

Накопленный потенциал и опыт работы в сложных гидрогеологических и мерзлотно-грунтовых условиях позволяет проводить аварийно-восстановительные мероприятия практически во всех климатических зонах российского Севера.

Жителям Якутска давно известны острые проблемы роста аварийности зданий и сооружений. Где, на Ваш взгляд, находится главный узел этих проблем и как можно (и можно ли) их решить? Это зависит, как теперь модно говорить, от "политической" воли городской администрации или на сегодняшний день все определяют рыночные отношения?

Для устранения причин потери несущей способности оснований, приводящей в аварийное состояние фундаменты зданий и сооружений различного назначения, необходимо, на наш взгляд, решить следующие задачи:

- разработать и внедрить технологию глубинного осушения, структурирования и химического закрепления оттаявших и пластичномерзлых грунтов с целью получения устойчивых к водно-тепловым и химическим

воздействиям грунтовых структур, обладающих высокой несущей способностью и долговечностью;

- разработать технорабо-чий проект осушения территории г. Якутска, максимально используя морфологические и гидрографические особенности района, в том числе древние погребенные речные протоки и старицы, которые можно использовать для разгрузки поверхностных дождевых и талых вод;

• реконструировать существующие внутриквартальные инженерные сети и повысить надежность строящихся, с целью исключения аварийных утечек воды, доля которой в годовом балансе грунтового и поверхностного стока сопоставима с объемом талых и дождевых вод;

• внедрить в строительную практику применение специальных герметиков (типа акватрона) для защиты верхней части свай, оголовников, рандбалок, плит цокольного перекрытия, кирпичной кладки стен и т. д. от коррозии, что особенно важно для зданий старой постройки с низкорасположенными ростверками, контактирующими с грунтом;

• проекты для новостроек должны содержать раздел по инженерной защите объектов от подтопления и опасных криогенных процессов, обусловленных влиянием водно-тепловых факторов и необратимыми нарушениями геохимического фона на застроенных территориях. Эти мероприятия необходимы на подготовительном этапе строительства, т. е. при производстве работ по инженерной подготовке стройплощадок;

• разработать и внедрить в проектную практику методы численного моделирования термомеханического поведения нагруженных оснований, с учетом совместной работы основания, фундаментов и надфундаментных конструкций при динамично меняющихся мерзлотно-грунтовых условиях в течение расчетного срока эксплуатации объектов, что позволит принимать обоснованные проектные решения по управлению физико-механическими параметрами грунтовых оснований, гарантирующие их длительную эксплуатационную надежность.

Одной из причин массовой аварийности зданий в г. Якутске, помимо низкого качества строи-

Виды применяемых ремонтно-восстановительных работ: создание укрепительного металлического пояса и замена несущей части кирпичной кладки аварийного здания.

тельства и несоблюдения норм эксплуатации, является нарушение условий теплообмена на границе «здание-основание», сопровождающееся, как правило, глубоким засолением многолетнемерзлых грунтов, а зачастую и подтоплением оснований, инициирующих потерю ими несущей способности. Решить проблему аварийности зданий и сооружений - значит научиться управлять процессами,ведущими кее возникновению.

Очевидно, что без «политической» воли решить этот вопрос практически невозможно, так как эта воля проявляется, как правило, в принятии конкретных экономических решений. Рыночные отношения определяют только форму их реализации.

В 80-е годы теперь уже прошлого века в городе велась оживленная дискуссия о стратегическом направлении развития г. Якутска: постепенное перемещение его на Маганскую террасу или продолжение строительства города в долине Туймаада - намыв песка на Зеленом лугу, строительство коттеджей на месте дачных участков. Каково Ваше мнение на этот счет?

К сожалению, эта дискуссия запоздала, как минимум, на 200 лет, когда город только начинал формироваться. Говорить сейчас о переносе города бессмысленно, прежде всего, по экономическим соображениям. Ясно одно: содержать старый город и одновременно строить новый - никакому

Наверное, Вы знакомы с разрабатываемым генпланом г. Якутска. Что Вам в нем нравится и что бы Вы исправили?

Положительной стороной нового генплана является включение в него раздела с перечнем мероприятий по осушению заболоченных территорий г. Якутска, в том числе и устройство дренажных систем со сбросом поверхностных и грунтовых вод в сеть старичных проток, городской канал, частично, в канали-

месте дачных участков не может идти в принципе. Очевидно, что г. Якутск должен развиваться в старых границах с использованием при застройке средств инженерной защиты от опасных криогенных процессов и явлений, автономных систем жизнеобеспечения, современных строительных технологий и материалов. Необходимым условием нормального функционирования города является осушение городских территорий и восстановление естественного грунтового стока - ведущего фактора в системе природоохранных и инженерно-экологических мероприятий.

Разрушение несущих конструкций здания.

бюджету не под силу. Выход на пойму не решит проблему в целом в силу ограниченности площадей, хотя, как показал опыт строительства и эксплуатации 202 микрорайона, намывные территории обладают достаточно высокой надежностью (правда, при одном условии - гидрологический режим реки и русловые процессы, в том числе инициированные разработкой карьеров, должны сохранить современную направленность). Что касается Маган-ской террасы, то по инженерно-геологическим условиям (наличие льдистых грунтов и погребенных льдов) ее освоение под строительство не имеет очевидной перспективы.

Речь о возведении коттеджей на

зационную сеть города.

Что ожидает г. Якутск при потеплении климата? Можно ли избежать катастрофического нарушения городской инфраструктуры?

Картину, которую мы получим при потеплении климата, можно наблюдать частично уже сейчас: отдельные здания и сооружения с обводненными и растепленными грунтами оснований в результате аварийных сбросов воды из инженерных коммуникаций. Процесс потепления климата будет сопровождаться повышением среднегодовых температур воздуха и, как следствие этого, температур горных пород в так называемой активной зоне, или зоне фундирова-

Монтаж дополнительных стоек для укрепления фундамента аварийного здания.

ния (область напряженно-деформированного состояния, возникающая вокруг нагруженного фундамента). С повышением температуры несущая способность грунтов оснований начнет постепенно снижаться, что активизирует термореологические процессы, приводящие к необратимым и, как правило, неравномерным осадкам фундаментов. По-видимому, увеличится мощность сезонноталого слоя, что отрицательно скажется на устойчивости подземных коммуникаций. Геохимические процессы в оттаивающих грунтах получат дальнейшее развитие, резко возрастет коррозионная активность грунтов. Наибольшую опасность представит наложение на температурный фон увеличивающейся со временем геохимической составляющей из-за роста общей загрязненности территорий северных городов и промышленных комплексов.

Безусловно, процесс деградации мерзлоты будет происходить долгие десятилетия, что даст возможность принимать соответствующие меры, пересмотрев технические приемы фундаменто-строения и инженерной подготовки территорий для строительства на вечномерзлых грунтах. Техническая мелиорация грунтов, как способ направленного изменения их строительных свойств, должна превратиться в самостоятельное направление строительного производства, обеспечивающее функциональную надежность зданий и сооружений в условиях северной строительно-клима-тическойзоны.

Избежать катастрофического нарушения городской инфраструктуры можно. Однако необхо-

димо уже сейчас, на начальном этапе деградаци-онного процесса, серьезно заняться данной проблемой как в научно-методологическом, так и технологическом плане. Решать вопрос надежности и безопасности городских и промышленных инфраструктур Якутии необходимо на республиканском уровне, рассматривая обеспечение нормальной жизнедеятельности как общенациональную программу. В первую очередь, необходимо использовать результаты исследований, полученных на геотехническом полигоне, работы на котором были приостановлены в 1993 г. решением министра строительства и архитектуры РС(Я) С. Н. Назарова. Предложенная нашими специалистами программа предусматривала выполнение опытно-экспериментальных работ по технической мелиорации слабых грунтов криолитозоны методами химического закрепления, гидроударного тампонажа, температурной стабилизации, водопонижения и механического уплотнения. Необходимость создания такого полигона сегодня очевидна.

Спасибо, Федор Елисеевич, за интервью. От имени редакции и читателей журнала желаем Вашему коллективу успешной работы по защите и "лечению" строительных объектов Якутии..

Беседовала к. г.-м. н. А. Н. Курчатова Фото Я. И. Торговкина

Новые книги

Проектирование и строительство транспортных объектов в условиях Республики Саха (Якутия): Тезисы докладов научно-практической конференции, Якутск, 2-5 апреля 2003 г. -Якутск, 2003. -Ч.И.-90 с.

В сборнике представлены тезисы докладов, посвященных вопросам проектирования и строительства транспортных объектов в Республике Саха (Якутия). Приведены результаты научных и практических решений по этой проблеме.

КазарянП.Л. Профессор А. И. Новгородов.-Якутск: ЯФ Изд-ваСОРАН,2002.-80с.

Издание посвящено жизни и деятельности одного из основателей академической науки в Якутии доктора исторических наук, профессора, заслуженного деятеля науки Якутской АССР Афанасия Иннокентьевича Новгородова (1902-1983 гг.).

Сбор материалов и подготовка издания осуществлялись с помощью Администрации Верхоянского района (глава К. Н. Стручков) и Совета землячества "Верхоянье" (председатель С. С. Габышев), г. Якутск

Вольперт Я. Л., Шадрина Е. Г. Мелкие млекопитающие северо-востока Сибири. -Новосибирск: Наука, 2002. - 246 с.

На основе оригинальных данных, собранных в долинах среднего и нижнего течения рек Лены, Яны, Индигирки и Колымы, рассмотрены популяционные показатели 17 видов мелких млекопитающих. Приводятся сведения о морфометрических характеристиках, распространении по региону, ландшафтной и биотопической приуроченности, питании, размножении, половозрастной структуре популяций. Проведен анализ изменчивости показателей в географическом плане, что позволило выявить особенности северных популяций, являющиеся результатом адаптации к специфическим условиям существования на северном пределе распространения видов.

Книга представляет интерес для зоологов и экологов.