В июле 2015 г. нашей организации было предложено ведение технического надзора за устройством фундаментных конструкций на объекте – Перинатальный центр в г. Норильске. После ознакомления с проектной документацией нами было подготовлено заключение по результатам исследования проектно-технического решения фундаментных конструкций объекта капитального строительства "Перинатальный центр в г. Норильске" по адресу: г. Норильск, Центральный район, Городская больница №1. В заключении были отражены основные риски, связанные с надежностью фундаментов объекта, в случае реализации предусмотренного проектом технического решения. Кроме того, был предложен вариант перепроектирования фундаментов на основе Норильского опыта и опыта строительства зданий на данной площадке. Копия заключения направлялась: в ЗАО "Гипроздрав" (генеральный проектировщик); в УКС Красноярского края (Заказчик); в КГАУ "ККГЭ" (Экспертная организация). Ввиду того, что по проектно-техническому решению фундаментов имелись критичные замечания, наша организация отказалась от предложения по ведению технического надзора за строительством объекта.
Соответствующие письма с приложенным Заключением были направлены руководителям Красноярского края (Губернатору, Председателю Законодательного собрания, Службу строительного надзора, Министерство строительства, Минздрав).
Было проведено много совещаний, обсуждений.
Тем не менее, стройка не была остановлена!
По состоянию на 2023 год, на объекте имеются деформации, связанные с механической безопасностью строительных конструкций.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
по результатам исследования проектно-технического решения фундаментных
конструкций объекта капитального строительства "Перинатальный центр в
г. Норильске" по адресу: г. Норильск, Центральный район,
Городская больница №1.
Объект – "Перинатальный центр в г. Норильске". Шифр проекта 270-01.2-14.
Проектная документация разработана - ЗАО "Гипроздрав".
Объект обследования представляет собой шестиэтажное здание сложной
конфигурации в плане, с общими размерами по внешним осям 61,600х107,600 м.
Площадь застройки – около 4500 м2
.
Конструктивная схема здания – рамно-связевой каркас. Пространственная
жёсткость здания обеспечивается совместной работой горизонтальных дисков плит
перекрытия и покрытия с монолитными железобетонными колоннами, наружными
стенами и диафрагмами жёсткости, а также жесткими узлами сопряжения несущих
колонн с фундаментами.
Основание – по данным инженерно-геологических изысканий в качестве
основания свай приняты мерзлые габбро-долериты. Принцип использования
грунтов основания – I (с сохранением грунтов основания в мерзлом состоянии на
весь срок эксплуатации объекта).
Фундаменты – буроопускные железобетонные сваи заводского изготовления,
связанные между собой монолитным железобетонным ростверком. Сваи
погружаются на глубину не менее 1,0 м в скальный стакан.
Стены – наружные стены первого этажа монолитные железобетонные,
толщиной 300 мм. Наружные стены здания выше первого этажа
керамзитобетонные блоки, толщиной 400 мм.
Цокольное перекрытие – монолитная железобетонная плита, толщиной
300 мм.
Междуэтажное перекрытие – монолитная железобетонная плита, толщиной
220 мм по главным балкам, запроектированным в створе колонн.
Расчетные (нормативные) значения ветровой и снеговой нагрузки приняты
по данным территориального управления по гидрометереорологии и мониторингу
окружающей среды Росгидромета: расчетное значение веса снегового покрова на
1м2 – 4,48 кПа); нормативное значение ветровой нагрузки – 0,60 кПа).
Для Норильского промышленного района введен СТО 44577806.14.24-1-69-
2013. В соответствии с таблицей 4 СТО расчетное значение веса снегового
покрова на 1 м2
составляет 3,2 кПа. Принятое в проекте значение превышает
данное значение.
Оценка конструкций фундаментов на вечномерзлых грунтах.
Рассматриваемая площадка строительства с точки зрения фундаментостроения является сложной в виду наличия мощного слоя насыпных грунтов.
Инженерно-геологические разрезы приняты по данным инженерно-геологических изысканий, выполненных в 2014 г. (октябрь-ноябрь) ОАО "Красноярский трест инженерно-строительных изысканий" (ОАО "КрасноярскТИСИЗ").
Площадка размещения перинатального центра находится в пределах озерно-бугристой долины р. Норильской.
Рельеф площадки нарушен, спланирован при строительстве и обустройстве Городской больницы №1. Рельеф основной части площадки относительно ровный с незначительным уклоном в северо-восточном направлении. Северо- восточная часть площадки осложнена уступом, образовавшимся в результате планировки территории, высотой 1,1-1,9 м. Абсолютные отметки поверхности проектируемой площадки изменяются от 42,0 до 47.3 м.
В соответствии с отчетом ОАО "КрасноярскТИСИЗ" о результатах инженерно-геологических изысканий, проведенных в октябре 2014г. на проектируемой площадке строительства перинатального центра, до изученной глубины 6-12,5 м, выделено 7 инженерно-геологических элементов (ИГЭ).
Почвенно-растительный слой распространен ограниченно и в виду небольшой мощности (0,1-0,2 м) в отдельный инженерно-геологический элемент не выделен.
Инженерно-геологический элемент 1 (tQiv) – насыпные щебенистые грунты мерзлые, корковой криогенной текстуры с включениями песка (до 13%), металлургического шлака, строительного мусора, единичных глыб. Техногенные насыпные грунты сформированы в процессе планировки территории при строительстве и обустройстве зданий и сооружений Городской больницы в конце 80-х годов. Насыпные грунты в границах проектируемой площадки развиты повсеместно, мощностью 0,4-3,5 м (уменьшение мощности насыпных грунтов прослеживается в северо-восточном направлении).Данный инженерно-геологический элемент относиться к категории неустойчивых при проведении буровых работ за счет включений металлургического шлака, который без "цементирующих" включений, строительного мусора и глыб различного размера приводит зачастую к смещению оси скважины и необходимости установки обсадной трубы на глубину слоя насыпных грунтов с врезкой в мерзлый грунт на глубину не менее 30 см. В проектной документации отсутствует информация о необходимости установки и последующего извлечения обсадных труб.
Инженерно-геологический элемент 2 (laQ) – глины слабольдистые слабозаторфованные незасоленные твердомерзлые, слоистой криогенной текстуры с маломощными прослоями глин слабозаторфованных льдистых. Глины слабольдистые слабозаторфованные вскрыты под насыпными грунтами практически повсеместно за исключением юго-западной части площадки (геол.14008) слоем мощностью 1,0-2,8 м.
Инженерно-геологический элемент 3 (laQ) – глины слабольдистые незасоленные твердомерзлые, слоистой криогенной текстуры с маломощными прослоями глин льдистых и сильнольдистых. Глины слабольдистые залегают под глинами слабозаторфованными и насыпными грунтами в виде выклинивающегося в юго-восточной части площадки слоя мощностью 1,5-2,2 м.
Инженерно-геологический элемент 4 (laQ) – суглинки слабольдистые незасоленные твердомерзлые, слоистой криогенной текстуры. Суглинки слабольдистые подстилают грунты ИГЭ-2 и ИГЭ-3 с глубины 2,6-6,0 м и залегают в виде невыдержанного по площади прослоя мощностью 1,1-2,6 м.
Инженерно-геологический элемент 5 (laQ) – суглинки дресвяные (35%) слабольдистые незасоленные твердомерзлые, слоистой криогенной текстуры. Суглинки дресвяные слабольдистые встречены в виде линз мощностью 0,8-2,4 м, развитых по кровле скальных пород.
Инженерно-геологический элемент 6 ((wn-ns)T1nr)) – габбро-долериты (скальные грунты) прочные, очень плотные, непористые, слабовыветрелые, неразмягчаемые морозные трещиноватой криогенной текстуры. Скальные грунты вскрыты с глубины 3,4-10,2 м (на абсол. отм. 36,9-40,3 м) повсеместно, вскрытая мощность скальных грунтов (габбро-долеритов) изменяется от 2,2 до 3,9 м.
Инженерно-геологический элемент 7 (laQ) – глины льдистые незасоленные пластичномерзлые слоистой криогенной текстуры. Грунты ИГЭ-7 встречены в юго-западной части площадки под насыпными грунтами единичной выработкой (геол14008). Мощность слоя составляет 5,0 м.
В качестве основания фундаментов проектируемого здания приняты следующие грунты:
Инженерно-геологический элемент 6 ((wn-ns)T1nr)) – габбро-долериты (скальные грунты) прочные, очень плотные, непористые, слабовыветрелые, неразмягчаемые морозные трещиной криогенной текстуры. Rс=82 МПа. Данное значение, очевидно принято по справочнику.
Основные замечания к проектному решению основания и фундаменты следующие:
Расчетная нагрузка на сваю принята – 110 т (по материалу свай). В проекте не приведены данные по фактическим нагрузкам на свайные фундаменты, значению расчетной нагрузки исходя из несущей способности грунтов основания опорного слоя.
Площадь торца свай принята минимальной (использованы сваи, применяемые, как правило для забивных свай). В случае, буроопускных свай с опиранием на скальные грунты применяются сваи с плоским торцом с целью увеличения площади передачи усилия на грунты основания под торцом и увеличения несущей способности применяемого типа фундамента.
Кроме того, принцип строительства выбран первый (с сохранением грунтов основания в мерзлом состоянии на весь период эксплуатации объекта), при этом отсутствуют сведения об обеспечении несущей способности свай за счет смерзания боковой поверхности, не определена расчетная граница сезонно-талого слоя, где происходит "защемление" свай в мерзлых грунтах и определяется свободная длина сваи (данный параметр необходим при расчетах на горизонтальные и вертикальные нагрузки с учетом ядра жесткости сечения).
Не приведена расчетная схема свай.
Проектом также предусматривается проведение статические испытания свай в соответствии с требованиями действующих нормативов (ГОСТ 5686-94 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями»). Однако, не приведены значения нагрузок, на которые необходимо провести контроль несущей способности грунтов сваями, какие могут быть дальнейшие шаги, в случае, если испытания не подтвердят проектную нагрузку.
Не предусмотрены скважины для геотехнического мониторинга (термометрические и гидрогеологические) состояния мерзлого основания в период эксплуатации объекта.
В пределах контура здания приняты разные типы фундаментов, а именно, свайные и плитные.
Выбор типа фундамента в условиях многолетнемерзлых грунтов основывается на следующем (СП 24.13330.2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты»; СП 25.13330.2012 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88):
П.4.2. - При проектировании оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах следует учитывать местные условия строительства, требования к охране окружающей среды, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных условиях.
П.6.2.1 - Глубина заложения фундаментов, считая от уровня планировки (подсыпки или срезки), назначается с учетом требований СП 22.13330 и принятого принципа использования многолетнемерзлых грунтов в качестве основания сооружения и должна проверяться расчетом по устойчивости фундаментов на действие сил морозного пучения грунтов согласно указаниям 7.4.2 и 7.4.6.
П. 6.3.9 - При устройстве свайных фундаментов в многолетнемерзлых грунтах допускается применять виды и конструкции свай, предусмотренные СП 24.13330, в том числе буронабивные, сваи-оболочки, а также составные (комбинированные) сваи из разных материалов.
П. 6.3.10 - В проекте свайных фундаментов должны быть указаны способы погружения свай, а также температурные условия, при которых разрешается загружение свай. Полые сваи и сваи-оболочки, не требующие по расчету бетонного заполнения, допускается заполнять бетоном класса не ниже В7,5, а в пределах слоя сезонного промерзания-оттаивания и выше - бетоном класса не ниже В15 с соблюдением требований по предотвращению образования трещин, кроме опор мостов, при устройстве которых в зоне воздействия знакопеременных температур следует руководствоваться требованиями СП 24.13330. При устройстве буронабивных свай в многолетнемерзлых грунтах, используемых в качестве оснований по принципу I, применение химических добавок для ускорения твердения бетона, уложенного в распор с мерзлым грунтом, как правило, не допускается.
П. 6.5.1 - В проекте оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах должны быть предусмотрены мероприятия по инженерной подготовке территории, обеспечивающие соблюдение расчетного гидрогеологического и теплового режима грунтов основания и предотвращение эрозии, развития термокарста и других физико-геологических процессов, приводящих к изменению проектного состояния грунтов в основании сооружений при их строительстве и эксплуатации, а также к недопустимым нарушениям природных условий окружающей среды. Разработку мероприятий надлежит проводить в соответствии с требованиями СП 116.13330.
П. 6.5.4 - При использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу I подсыпку следует выполнять, как правило, в зимний период после промерзания сезоннооттаявшего слоя грунта (не менее чем на 0,2 м), после предварительной очистки поверхности грунта от снега. Толщина и способ устройства подсыпок принимаются в зависимости от их назначения мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических условий.
П. 7.2.13 - Расчет свайных фундаментов на действие горизонтальных нагрузок (сил и/или моментов) и воздействий (температурного расширения ростверка и пр.), следует производить с учетом инженерно-геокриологических условий из условия совместной работы свай и грунтового основания с использованием апробированных геотехнических программ. Расчетная схема должна отвечать требованиям 7.1.2 СП 24.13330. Методика расчета должна учитывать влияние продольной силы на изгиб, а также поперечных сил и деформаций на продольное сжатие ствола сваи. Взаимодействие сваи с грунтом (по боковой поверхности и нижнему торцу) допускается учитывать с помощью нелинейных контактных элементов (контактной модели). При малых (упругих, линейных) деформациях жесткость контактного элемента должна соответствовать стандартным деформационным характеристикам грунта (модуль деформаций, коэффициент Пуассона). Прочность и пластические деформации грунта (контактных элементов у боковой поверхности сваи и под ее нижним торцом) следует рассчитывать с применением условия предельного равновесия Кулона-Мора. При расчете свайных групп характеристики контактных элементов следует определять с учетом взаимовлияния между сваями через грунт.
П. 14.2 - При проектировании оснований и фундаментов в районах распространения многолетнемерзлых грунтов на склонах и присклоновой территории следует рассматривать термодинамическое равновесие системы «сооружение-основание-склон» с учетом нормативных документов по инженерно-геологическим изысканиям для строительства (СП 47.13330), а также следующих факторов: крутизна, высота, протяженность, ширина и экспозиция склона; проявление глубинных и солифлюкционных оползаний и нарушение растительного покрова, наледеобразование, бугры пучения, термокарст, термоэрозия; мощность слоя и характер распространения многолетнемерзлых грунтов (сплошное, прерывистое, островное), наличие жильного и пластового льда, таликов, криопэгов; температура мерзлого грунта во времени по глубине и простиранию склона (изотермы) на стадии строительства, эксплуатации и ликвидации объектов; особенности природных криогенных форм рельефа (каменные глетчеры, курумы и др.), а также формирования техногенных форм (отвалы, карьеры, котлованы, выемки, насыпи и др.); геокриологические условия (текстура, влажность, льдистость физико-механические свойства мерзлых и оттаивающих грунтов), а также характер напластования пород; наличие сооружений на склонах, имеющиеся деформации сооружений, а также мероприятия по противооползневой защите; интенсивность и характер техногенной нагрузки, особенности теплового и силового воздействия на склон проектируемых сооружений по продолжительности, охвату территории, количественным значениям температуры, конструктивным особенностям сооружений.
П. 15.1 - Геотехнический мониторинг (далее мониторинг) на многолетнемерзлых грунтах - комплекс работ, основанный на натурных наблюдениях за состоянием грунтов основания (температурный режим), гидрогеологическим режимом, перемещением конструкций фундаментов вновь возводимого, реконструируемого и эксплуатируемого сооружения.
П. 15.2 - В районах распространения многолетнемерзлых грунтов мониторинг необходимо проводить для всех видов зданий и сооружений, в том числе подземных инженерных коммуникаций.
П. 15.3 - Мониторинг осуществляется в соответствии с проектом, который разрабатывается в процессе проектирования. При разработке проекта мониторинга определяются состав, объемы, периодичность, сроки и методы работ, схемы установки наблюдательных скважин, геодезических марок и реперов, датчиков и приборов, которые назначаются применительно к рассматриваемому объекту строительства (реконструкции) с учетом его специфики, включающей: результаты инженерных изысканий на площадке строительства, принцип использования многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований фундаментов, особенностей проектируемого или реконструируемого сооружения и сооружений окружающей застройки и т.п.
П. 15.5 - Для осуществления мониторинга в период строительства сооружений оборудуются контрольные термометрические и гидрогеологические скважины, на фундаментах сооружений устанавливаются постоянные геодезические марки, по которым выполняются измерения температуры грунта, уровень подземных вод, их состав и температура, нивелирование фундаментов, в том числе погруженных свай, водоотводных лотков в технических этажах и подпольях зданий, а также тротуаров у сооружений. Места установки термометрических и гидрогеологических скважин, геодезических марок указаны в таблице М.1, периодичность проведения замеров приведена в таблице М.2. Кроме того, контролируется плотность грунтов, уложенных в насыпях, при замене грунтов в выемках и при намыве территории. Термометрические скважины оборудуются в соответствии с ГОСТ 25358. Требования к оборудованию гидрогеологических скважин приведены в [СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства (ч. I - VI)]. Устройство нивелирных марок и геодезические измерения проводятся в соответствии с ГОСТ 24846.
16.3 Прогноз воздействия на природные условия осуществляется на весь период строительства и эксплуатации зданий и сооружений и должен устанавливать: возможность изменения теплового режима многолетнемерзлых грунтов района строительства и прилегающих территорий вследствие нарушений условий теплообмена в результате строительства и температурного воздействия в процессе эксплуатации; изменения гидрогеологических условий строительной площадки в результате производства земляных работ, включая пути разгрузки поверхностных и надмерзлотных вод по водоотводным каналам; степень активизации опасных криогенных процессов, в том числе: осадки и пучение грунтов, термокарст, солифлюкция, термоэрозия и др.; возможность возникновения склоновых процессов и заболачивания территории.
Проектные расчетные нагрузки на фундаменты от каркаса здания (оформляется в виде задания на проектирование фундаментов). В представленных документах отсутствует задание на проектирование фундаментов.
По результатам инженерно-геологических изысканий рекомендуется опорный несущий слой для свайного фундамента с указанием физико-механических параметров инженерно-геологического элемента. В представленных документах отсутствует подобная рекомендация.
Поскольку инженерно-геологические разрезы строятся на основании данных изыскательских скважин, расположенных на отдельных участках площадки, граница "скальных грунтов" по разрезу условная, в проектной документации длина свай принимается также условно с обязательной пометкой – "длина свай уточняется после бурения скважин и приемке скального стакана". Как результат, зачастую возникает необходимость не только в срубке свай заводского изготовления, но и в их наращивании.
Указывается способ бурения скважин, поскольку при проведении буровых работ оказывается существенное влияние (зачастую негативное) на состояние мерзлых грунтов основания.
Выделяется группа неустойчивых грунтов при бурении.
Еще одним обстоятельством является тот факт, что на территории Норильска для бурения скважин, как правило, применяется станок ударно-канатного действия и по технологии выполнения указанных работ в насыпных (слабо-консолидированных) грунтах требуется устройство обсадной трубы в скважине. Обсадная труба применяется для укрепления стенок скважины и исключено водопритока из водоносного горизонта сезонно-талого слоя.
Так же следует учесть, что минимальное расстояние между скважинами имеет существенное ограничение и по действующим на территории инструкциям ограничивается размером в 1400 мм. В проекте принятый шаг свай ниже указанной величины.
Кроме того, инструкциями по устройству свай на вечномерзлых грунтах предусматривается срок установки свай в скважину, после завершения буровых работ. Существует ограничение в 24 часа. Данное требование диктуется с целью ограничения условий для оттаивания мерзлых грунтов, вокруг пробуренной скважины.
Строительными нормами предусматривается необходимость устройства водозащитного экрана на поверхности вентилируемого технического подполья зданий и сооружений для исключения попадания аварийных сбросов воды из коммуникаций, располагаемых в подпольях. При подобной частоте расположения свай в подполье не представляется возможным устройство качественного и долговечного водозащитного экрана.
Выводы и рекомендации по устройству фундаментов объекта
Учитывая мерзлотно-грунтовые условия площадки примененное техническое решение по устройству фундаментов, сопровождается рисками, которые не могут обеспечить длительный срок эксплуатации объекта:
Исходя из технологических особенностей устройства скважин в мерзлых грунтах (устройство скважин сопровождается мокрыми процессами – применяется вода) под большое количество свай с предусмотренной плотностью их расположения в процессе строительства будет осуществлен "привнос" тепла в толщу высокотемпературного мерзлого основания, что в свою очередь может нарушить стабильное состояние многолетнемерзлых грунтов.
Невозможность качественного заполнения околосвайного пространства буроопускной сваи (сваи в скважине центруются относительно осей здания для снижения значения изгибающих моментов от внецентренного приложения вертикальной нагрузки, при этом зазоры между стенками скважины и телом сваи будут неравномерными). Предусмотрена заливка заполнителя после установки сваи.
Отсутствуют монолитные железобетонные оголовки свай, которые компенсируют отклонение осей установленных свай относительно балок ростверка. Сваи по проекту непосредственно защемляются в балках ростверка.
Техническая сложность срубки свай заводского изготовления с оголением рабочей арматуры. При этом, бетон верха свай может иметь механические сколы и повреждения, что приведет к нарушению целостности свай.
Сложность, а в некоторых случаях практическая невозможность бурения скважины для устройства отдельных фундамента с учетом габаритов станков из-за плотного расположения свай.
Учитывая коническую форму торца свай и последующее заполнение скважины цементно-песчаным раствором, отсутствуют условия для качественного заполнения раствором скального стакана и торцевой зоны сваи. Кроме того, отсутствует техническая возможность контроля полного и качественного заполнения раствором скального стакана. Таким образом, в отдельных случаях, передачи усилия от сваи на основание будет минимальным.
Не предусмотрена система геоехнического мониторинга в период строительства.
Исходя из вышеперечисленного, реализация проектного решения свайных фундаментов в условиях данной площадки не может обеспечить надежность как основания, так и самих фундаментов.
Проект фундамента необходимо разработать исходя из следующих предпосылок:
Срезается почвенно-растительный слой на площадке. Убирается строительный мусор.
Выполняется планировка площадки не дренирующим грунтом (без включений крупнообломочных скальных грунтов) с послойной утрамбовкой. Как вариант: Учитывая, что по состоянию на 14 сентября 2015 г. еще не вся площадка спланирована – отметка поверхности подполья принимается на 2,0 м ниже существующих черных отметок, что позволить уменьшить объем земляных работ и будет уменьшена толщина неустойчивых насыпных грунтов.
Опорный слой для свайных фундаментов принимается габбро-долерит, имеющий высокий параметр по расчетному сопротивлению на сжатие. Применяются буронабивные сваи с диаметром – 630 мм. Площадь торца сваи при этом увеличивается в 2 раза и соответственно растет несущая способность свай как по материалу, так и по грунту. Несущая способность свай, по предварительной оценке, может достичь значения – до 400 т против принятых 110 т. Что позволить уменьшить количество свай на 30-40 %. При этом, конструкции ростверка остаются прежними.
Разрабатывается проект фундаментов на основании требований действующих нормативов:
СП 25.13330.2012 (СНиП 2.02.04-88) «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»;
СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» - приказ от 28 декабря 2010 г. № 823 (СП 22.13330.2011);
СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» - приказ от 27 декабря 2010 г. № 786 (СП 24.13330.2011);
СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты»;
СНиП 22-02-2003 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения».
Устраивается водозащитный экран поверхности подполья, например, с использованием геомембраны.
Данные мероприятия позволят обеспечить безаварийную эксплуатацию проектируемого здания в условиях данной площадки.
