Номер 33 (1029), 27.08.2010

В 60-70-е годы ушедшего века нормируемая этажность в областных центрах ограничивалась 16-этажами. И то в небольшой части проектируемой застройки. Ныне в Одессе возник настоящий строительный бум. Отказ от типовых зданий, ограниченной номенклатуры сборных изделий, широкое использование монолитных железобетонных каркасов открыло новую эру в городской архитектуре. Появляются здания, интересно решенные композиционно, с оригинальными фасадами, современной отделкой.

Между тем возведение столь высоких сооружений (а надо думать, будут еще выше 25-этажных) вызывает у сограждан сомнения в их надежности. Волноваться нет причин: все строения, особенно такого класса, проходят тщательную экспертизу. Конструкции их досконально рассчитаны и проверены с привлечением независимых специалистов. Планировка, применение различных материалов согласовываются с соответствующими организациями и службами. Здания, сооруженные на разных высотных отметках, в прибрежной зоне (Аркадии) проконтролированы противооползневым управлением, исследована устойчивость склонов. Кроме того, следует подчеркнуть, что каркасная система позволяет не только свободней варьировать с планировкой и отказаться от массивных стен (что увеличивает и площади помещений, и облегчает здание), но придает всему сооружению повышенную жесткость. Каркас, соединенный с проходящей в центре монолитной железобетонной шахтой (там помещены лифты и все коммуникации), обеспечивает восприятие горизонтальных воздействий, включая сейсмические.

Вертикальные же нагрузки на грунт, называемый основанием, передаются через фундамент. Здания повышенной этажности ранее основывались либо на плитах, либо на сваях. Теперь, с увеличением количества этажей, только на сваях. Поскольку площадь становится настолько белой, что плита выходит за пределы границы дома и мешает строительству соседних зданий, она становится недостаточно жесткой, приходятся увеличивать ее толщину, здание утяжеляется, растет давление на грунт, и осадка сооружения значительно возрастает, часто превышая допускаемую.

Свайные варианты (забивные сваи, буронабивные) обходятся намного дороже.

А что если толстую сплошную плиту заменить пустотелой? В виде пространственной железобетонной коробки с системой сравнительно тонких продольных и поперечных стен и горизонтальных плит. Такой фундамент (его так и называют - коробчатым), почти не уступает по прочности сплошной плите и при этом несравненно легче ее. При этом не только резко снижается давление на основание, но и достигается значительная экономия материалов.

Фундамент и надземная часть здания по мере его выведения все больше и больше будут спрессовывать грунт. Но ведь этот грунт уже был уплотнен породами, вынутыми из котлована. Значит, действительная нагрузка на основание окажется равной разности между массой здания и массой удаленных из котлована пород.

Теперь представим, что масса грунта, которую извлекли из котлована, оказалась равной массе самого здания. Ясно, что в таком случае никакой осадки не произойдет: здание будет как бы плавать в толще грунта.

И хотя грунт не жидкая среда, для объяснения эффекта "плавающего" фундамента напрашивается аналогия с законом Архимеда: плавающее тело (в нашем случае сооружение) вытесняет как раз столько жидкости (удаленный из котлована грунт), сколько весит само тело (сооружение).

Именно метод "плавающего" фундамента и становится в практике современного строительства той прогрессивной технологией, которая позволяет в сложных геологических и гидрогеологических условиях возводить сооружения, не опасаясь осадки. Конечно, "плавающий" эффект достижим, если коробчатый фундамент имеет глубокое заложение - в несколько ярусов.

Идея "плавающего" фундамента поражает своей простотой. Несомненно, о ней догадывались уже давно. В относящихся еще к I веку до н. э. папирусных свитках римского архитектора и инженера Витрувия, известных, как трактат "Десять книг об архитектуре", содержится весьма интересное практическое указание: "Для фундаментов храмовых зданий надо копать... на глубину, соответствующую объему возводимой постройки..."

Вскоре этот метод был забыт, но затем снова открыт в XX веке.

Когда в середине 50-х годов в Москве велось строительство высотных зданий, одним из главных стал вопрос о надежной конструкции фундаментов.

Опыт сооружений небоскребов в Нью-Йорке здесь не подходил - несущая способность московских грунтов примерно в десять раз ниже давления, которое выдерживают манхэттенские сланцы. Наши гигантские здания, масса каждого из которых достигала 200-300 тысяч тонн, просто бы утонули в сильно сжимаемых грунтах. Поэтому решили прибегнуть к "плавающему" методу: расположить пустотелый фундамент на слоях грунта, обжатых давлением вышележащих пород, почти равным давлению, которое возникнем после окончания строительства здания. Так, например, под главный корпус Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, со 183-метровой центральной частью вырыли котлован глубиной 14,5 метра. Решение оказалось верным. Осадка центральной, наиболее загруженной части главного корпуса к концу строительства составила от 4 до 7 сантиметров, а через два года почти полностью прекратилась...

Весьма жесткая подвальная часть зданий, создаваемая коробчатыми фундаментами, позволяет возводить высотные сооружения даже над горными выработками. Пустотелые многоярусные фундаменты не только сводят к минимуму давление, передаваемое на кровлю, например, шахты, катакомб, но и перераспределяют напряжения, образующиеся над подземными пустотами.

"Плавающие" фундаменты оказались весьма эффективными при строительстве в сейсмических районах. Выполненные из монолитного железобетона многоэтажные подвалы-фундаменты переходят в стены. Массивные в нижней части, они постепенно облегчаются кверху. Этим достигается низкое расположение центра тяжести всего сооружения, и устойчивость при подземных толчках.

Коробчатые фундаменты можно использовать даже при строительстве на структурно-неустойчивых грунтах. В частности, на лёссах, быстро размокающих в воде и дающих большие дополнительные осадки. Если учесть, что лёссы широко распространены в нашем городе, то становится понятной важность проблемы надежности подземной части сооружений, возводимых в регионах с такими грунтами.

К сожалению, только совсем недавно стали обращать внимание на влияние, оказываемое городскими сооружениями на недра земли. Зона сжатия пород от многоэтажных зданий достигает десятков метров. При этом возникает значительный осадочный прогиб земной поверхности, что отрицательно сказывается на экологии города: нарушаются режим циркуляции подземных вод, питание растений, почвенный покров, устойчивость склонов...

Особенность конструкции "плавающего" фундамента определила еще одно очень важное его достоинство. Такой фундамент служит не только опорной частью сооружения, но и позволяет использовать свои пустоты для различного рода встроенных помещений.

С каждым годом подземное градостроительство получает все больший размах. В зарубежной практике в последнее время сделан шаг к максимальному сближению и слиянию в единый комплекс нескольких зданий с подземными объемами в фундаменте. Это значит, что фундаменты объединяются с конструкциями подземных сооружений, расположенных и под незастроенными участками. Особое развитие этот принцип получил при застройки района Дефанс в Париже. Здесь 20-30-этажные здания имеют подземные ярусы еще в семь-восемь этажей. В помещениях этого гигантского подземного комплекса, который связан с метрополитеном, размещены все предприятия сферы обслуживания, в том числе торговые центры и зрелищные учреждения. Такое градостроительное решение рассматривается как оптимальное в экономическом отношении, так как обеспечивает взаимное использование стен, перекрытий и фундаментов всех зданий.

При выборе конструкций подземных частей зданий приходится считаться со стоимостью земли, которая в крупных городах все возрастает. Между тем подземные помещения в фундаменте не требуют никаких дополнительных затрат, кроме как на освещение, отопление и вентиляцию. Строительство же отдельных подъемных и надземных сооружений связано со значительными расходами. Так, например, по английским данным, стоимость места для машины в трехъярусном гараже-фундаменте 29-этажного здания обходится в 2,5 раза дешевле, чем место в надземном гараже.

В Одессе на площадке, которая характеризуется повсеместным распространением слабых грунтов - водонасыщенных суглинков и лёссов (4-я станция Большого Фонтана), были возведены два экспериментальных 16-этажных жилых дома, сооруженных из монолитного железобетона в скользящей опалубке.

Для первого здания фундамент был выполнен в виде сплошной плиты, под вторым зданием забили 294 сваи, каждая длиной 13 метров. Чтобы снизить давление на основание, размер фундаментной плиты был увеличен против требуемых по норме почти в 1,5 раза, и, несмотря на это, здание осело примерно на 25 сантиметров. Свайный же фундамент оказался неэкономичным.

Вместе с тем устройство фундаментов в виде коробчатой плиты позволило бы при меньшей его площади по сравнению со сплошной плитой не только снизить давление на основание и уменьшить расчетную осадку, но и разместить под каждым зданием 14 автомобилей. В Ильичевске построен 16-этажный дом с коробчатым фундаментом, что оказалось значительно дешевле по сравнению со свайным вариантом.

Следует особо подчеркнуть, что подземное хранение автотранспорта и организация для него подземных стоянок дают значительный эффект: повышается безопасность движения, чище становится воздушный бассейн района, существенно уменьшается шум, появляется возможность значительно расширить сеть спортивных площадок и зеленые насаждения.

Именно по такому пути пошли проектировщики экспериментального жилого района Чертаново-Северное в Москве. Здесь в полостях коробчатых фундаментов монолитной или сборной конструкции размещено около 3,5 тысячи автостоянок легковых автомашин и другие технические помещения. Например, в 12-16- этажных зданиях большой протяженности применена фундаментная плита с круглыми пустотами, диаметр которых принят с учетом габаритов здания, у продольной оси которого размещен также круглый в сечении монтажный коридор. В пространстве дворов с каждой стороны корпусов размещаются отсеки гаражей-стоянок, перекрываемые арочными плитами пролетом 14 метров. Наземное транспортное движение в Чертаново-Северном запрещено. Транспортная связь через район осуществляется по полуподземной дороге, имеющей ответвления к жилым комплексам и выходящей за их пределы, что позволило совместить весьма высокую плотность жилого фонда и большие площади, отведенные для спорта и для отдыха населения.

Посмотрите, что делается в Одессе. Стоянки автомашин (узаконенные и самовольные) буквально заполонили улицы центра с малоинтенсивным движением. Они протянулись на целые кварталы вдоль магистралей, лишив город огромных территорий под застройку. Машины "съедают" площади дворов, занимают тротуары... Два паркинга и одна подземная стоянка - не решение городской проблемы. В то же время будущие владельцы квартир высотных зданий охотно бы оплатили стоимость гаражей-стоянок ради удобства иметь личный транспорт под своим домом. Причем защищенный от угона, повреждений и влияние погоды.

Упрятать в недра можно не только гаражи. В подземном пространстве могут быть размещены склады и хранилища АТС, приемные службы быта и предприятия связи, архивы и лаборатории с приборами, точность работы которых требует полной изоляции.

"Плавающие" фундаменты значительно расширяют возможности строительства. Эта прогрессивная конструкция, конечно, не призвана вытеснить все существующие типы фундаментов - каждый из них имеет свою, рациональную область применения. Но когда приходится решать задачи строительства высотных сооружений на слабых грунтах, не выдерживающих больших нагрузок, рассмотренная технология не имеет конкурентов.

Феликс КАМЕНЕЦКИЙ.