Оценка технического состояния и рекомендации по восстановлению объекта культурного наследия. Дворец культуры (г. Норильск, ул. Ленинский проспект, д. 9)

В публикации представлены результаты комплексного обследования технического состояния здания Дворца культуры, расположенного в г. Норильске. Объект является памятником архитектуры регионального значения и объектом культурного наследия, что накладывает особые требования к подходам к его реставрации и ремонту.

Проведенные инженерно-геологические и геофизические исследования выявили значительные деформации несущих конструкций здания, обусловленные оттаиванием многолетнемерзлых грунтов основания. Установлено аварийное состояние грунтов основания и ограниченно-работоспособное состояние фундаментов и несущих конструкций в зоне деформаций.

В работе проанализированы причины возникновения деформаций, дана оценка текущего состояния конструкций и грунтов основания, разработаны рекомендации и проектно-технические решения по восстановлению эксплуатационного и технически исправного состояния объекта.

Здание Дворца культуры в г. Норильске построено в период освоения Норильского промышленного района и является важным элементом историко-культурного наследия региона. Конструктивная схема здания представляет собой смешанный каркас с продольными и поперечными кирпичными стенами.

В ходе эксплуатации объекта были зафиксированы значительные деформации несущих конструкций, проявляющиеся в виде трещин в стенах, перекрытиях и фундаментах. Для выявления причин деформаций и разработки мероприятий по обеспечению надежной эксплуатации здания было проведено комплексное обследование.

Целью настоящего исследования является оценка технического состояния объекта, выявление причин возникновения деформаций и разработка научно-обоснованных рекомендаций по восстановлению эксплуатационного и технически исправного состояния здания Дворца культуры.

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА

Здание Дворца культуры представляет собой многофункциональное сооружение с зрительным залом, сценой и вспомогательными помещениями. Здание имеет сложную конфигурацию в плане с размерами основного корпуса 37 метров в ширину.

Фундаменты здания выполнены различными типами: столбчатые фундаменты, устроенные в котлованах глубиной 3-5 метров с опиранием на скальное основание, и буроопускные висячие вмороженные сваи заводского изготовления. Смешанный тип фундаментов применен в осях 6-12 здания.

В результате обследования выявлены следующие деформации и повреждения конструкций здания:

1. Трещины в несущих кирпичных стенах и столбах первого этажа в зоне деформаций в осях 7-12/В-И;

2. Неравномерные осадки свайных фундаментов, приводящие к деформациям надстроенных конструкций;

3. Повреждения балок ростверка, ранее отремонтированных ремонтными составами;

4. Разрушение асфальтового покрытия поверхности подполья;

5. Локальные просадки и провалы грунтов в подполье здания.

Результаты сейсмоакустического зондирования свайного поля показали наличие свай с "слабой" связью с грунтом основания, либо расположенных в оттаявших грунтах. Выявлены сваи с дефектами устройства, расположенные преимущественно в осях В-Ж/7-11.

ПРИЧИНЫ ДЕФОРМАЦИЙ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Основной причиной возникновения деформаций конструкций здания является повышение температуры (оттаивание) многолетнемерзлых грунтов основания за период эксплуатации объекта, которые в соответствии с проектом должны использоваться по принципу I (сохранение мерзлого состояния).

Комплекс причин, вызвавших деформации несущих конструкций объекта и оттаивание мерзлых грунтов основания, включает:

• Недостаточный объем инженерно-геологических изысканий, выполненных перед строительством объекта. Недооценка сложности инженерно-геокриологических условий, связанных со сложившимся рельефом территории, присклоновом расположении и переменной глубиной опорного слоя скальных грунтов.

• Использование разных типов фундаментов без устройства деформационных швов привело к неравномерным деформациям. Сваи разной длины, принятые в зависимости от разных проектных нагрузок, обладают разной деформированностью и несущей способностью.

• Оттаивание грунтов основания происходит в связи с высокими температурами воздуха внутри технического подполья из-за недостаточной продуваемости вентилируемого подполья, малой эффективности теплоизоляции пола первого этажа, отепляющего воздействия воздуха из коммуникационного коллектора.

• В основании фундаментов выявлены надмерзлотные подземные воды, которые стекают по склону и попадают в периметр здания со стороны оси 20, активизируя процесс деградации многолетнемерзлых грунтов. Подземные воды круглогодично влияют на повышение температуры мерзлых грунтов.

• В период эксплуатации было нарушено условие вентилирования подполья здания. Уровень отмостки в отдельных местах поднят выше уровня вентиляционных отверстий. Вентиляционные шахты либо не были устроены при строительстве, либо утеряны в период эксплуатации.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВОССТАНОВЛЕНИЮ

На основании результатов исследований рекомендации выделены в три блока: мероприятия по усилению фундаментов, теплотехнические мероприятия и гидротехнические мероприятия.

Мероприятия по усилению фундаментов

В целях восстановления работоспособного состояния фундаментов здания рекомендуется устройство трубобетонных свай диаметром не менее 250 мм из подполья здания. Возле каждой сваи с признаками "недобура" и на участках повышения температуры мерзлых грунтов устраивается по две дополнительных сваи вдоль цифровых осей здания.

По осям 6-11 сваи устраиваются на глубину до скального основания с устройством скального стакана глубиной не менее 400 мм. В осях 1-6 глубину залегания свай принять по расчету.

Для повышенной надежности трубобетонных свай рекомендуется выполнить перфорацию трубы путем устройства отверстий 50-70 мм в шахматном порядке с шагом 500 мм. Бетон в трубу подавать под давлением.

После укрепления сваи формируется монолитный железобетонный оголовок прямоугольной формы с арматурной связью существующих свай в зоне контакта.

Теплотехнические мероприятия

Для исключения дальнейшего растепления многолетнемерзлых грунтов основания рекомендуется:

1. Устранить приток теплого воздуха, поступающего в техподполье из подземного вводного коллектора путем устройства герметичной диафрагмы на входе и вентиляционного выпуска до границы здания;

2. Выполнить утепление цокольного перекрытия двухкомпонентным теплоизоляционным материалом (ППУ) толщиной не менее 50 мм с коэффициентом теплопроводности не более 0,05 Вт/(м°С);

3. Заполнить технологические отверстия в цокольном перекрытии теплоизолирующим материалом.

Гидротехнические мероприятия

Для исключения подтока подземных вод в основание здания рекомендуется:

1. Произвести замену существующего легкодренирующего грунта обратной засыпки на послойно утрамбованную смесь из щебня фракции 0-40 мм и отсева вскрышных пород;

2. Устроить водозащитный экран на поверхности подполья из геомембраны толщиной 0,5-1,0 мм;

3. Произвести ревизию подземного коллектора, заменить поврежденные трубопроводы, восстановить теплоизоляцию;

4. Ликвидировать недействующие подземные каналы с обратной засыпкой недренирующим грунтом.

ПРОЕКТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

На основании проведенных исследований и анализа причин деформаций разработаны проектно-технические решения по восстановлению эксплуатационного и технически исправного состояния объекта.

Выбор способа восстановления температурного режима

Оценивая высокие риски появления касательных сил морозного пучения при промораживании грунтов основания термостабилизаторами принудительного действия, с учетом того, что здание является объектом культурного наследия, выбор сделан в пользу комплексного решения по увеличению модуля вентилирования подполья для стабилизации температурного режима грунтов основания с усилением свайного фундамента в центральной части здания.

Организация геотехнического мониторинга

С целью контроля изменения температурного режима основания необходимо организовать сеть геотехнического мониторинга с устройством гидрогеологических и термометрических скважин, деформационных марок и глубинных реперов.

После устройства элементов сети мониторинга следует вести постоянный контроль:

1. Изменения температуры грунтов;

2. Уровня кровли многолетнемерзлых грунтов и подземных вод;

3. Осадок и кренов фундаментов;

4. Деформаций несущих конструкций.

Мероприятия на прилегающей территории

Выполнить мероприятия по стабилизации геокриологических условий на прилегающей к зданию территории:

1. Произвести ревизию подземного коллектора от здания до магистрального коллектора;

2. Ликвидировать недействующий подземный канал от главного фасада до магистрального коллектора;

3. Ликвидировать заброшенный непроходной подземный канал со стороны ул. Комсомольская;

4. Провести дополнительные геофизические исследования для уточнения источника техногенной воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного комплексного обследования здания Дворца культуры установлено, что основной причиной деформаций несущих конструкций является оттаивание многолетнемерзлых грунтов основания, вызванное комплексом проектных, конструктивных, теплотехнических, гидрогеологических и эксплуатационных факторов.

Состояние грунтов основания оценивается как аварийное, состояние фундаментов - как ограниченно-работоспособное. Конструкции первого этажа в зоне деформаций находятся в аварийном состоянии, конструкции 2-5 этажей - в ограниченно-работоспособном состоянии.

Разработанные рекомендации и проектно-технические решения направлены на восстановление эксплуатационного и технически исправного состояния объекта путем:

1. Усиления свайного фундамента путем устройства дополнительных трубобетонных свай;

2. Стабилизации температурного режима грунтов основания путем увеличения модуля вентилирования подполья;

3. Исключения подтока подземных вод в основание здания;

4. Организации системы геотехнического мониторинга.

Рекомендуемые технические решения предусматривают противоаварийные компенсирующие мероприятия, которые не затрагивают существующие конструктивные элементы здания и не меняют предусмотренную первичным проектом нагрузку на каркас здания и фундаменты.