Решения фундаментов при строительстве семи сестер

lemming809 — 30.11.2024 Строительство в "стиле свадебного пирога" имело и еще одну, более практическую цель - сделать нижнюю часть здания, и следовательно его фундамент, более широким, что позволило бы распределить вес здания по наиболее широкой площади. Высотные здания требовали надежной опоры в виде широких бетонных фундаментов. Московские грунты вообще плохо предназначены для высотного строительства. Об этом можно судить по отрывку из книги "Наверху - Москва" (Т. В. Федорова, 1975 год).

"Ручаюсь, что многие москвичи, разбирающиеся во всякого рода геологических структурах, совсем незнакомы с тем, что у них «под ногами». Они ходят по московским улицам и площадям, не ведая «по чему они ступают». Зато с особенностями московской геологии хорошо знакомы метростроевцы. Они-то знают, что улицы и площади столицы раскинулись над размывами древних рек. В стародавние времена реки эти были притоками Москвы-реки. Знают, впрочем, как и все почитатели писателя Гиляровского, что в центре города под Неглинной улицей, площадью Свердлова, площадью Революции и под Александровским садом течет Неглинка — речка, заключенная в подземный коллектор и не представляющая теперь никакой угрозы самому оживленному району столицы. Только мои друзья, работавшие на этом участке, могли бы многое рассказать о борьбе с нею — «мирной и тихой».

Но вот о том, что между Комсомольской площадью и Сокольниками трассу метро пересекают подземные речки Рыбинка и Чечора, у Казанского вокзала под землей спрятаны речки Ольхова и Ольховец, что в районе Арбатской площади и Кропоткинских ворот — река Черторый, известно не многим.

В древние времена эти, ушедшие сейчас под землю, реки были мощными потоками, текущими в глубоких долинах. Постепенно долины заносились песчаными отложениями, речки мелели, поверхность сглаживалась и приобретала современный рельеф. Потому-то на некоторых участках трассы, в грунтах, насыщенных водой, и плывунах, отличающихся чрезвычайной подвижностью, проходка тоннелей была крайне сложной и трудной. Наши гидрогеологи и проектировщики — мозг метростроения — и тогда и сейчас упорно ищут наивыгоднейшие для каждой новой трассы, для каждого участка глубины расположения тоннелей.

Первопроходцам пришлось вести тяжелую и упорную борьбу с силами природы. Обычно эти слова сочетаются еще с одним словом: «разбуженные». Разбуженные силы природы. Извержение вулкана, наводнение, цунами, обвалы в горах, казахстанский сель… к Москве, которая более восьми веков крепко стоит на месте, подобные понятия никогда не относились. Первыми возбудителями спокойствия стали метростроевцы…

Как только проходчики вскрыли московский грунт, плотно осевший под тяжестью огромного города,— земля ожила в полном смысле этого слова. Всколыхнулись загнанные в трубы реки, зашевелились плывуны. Все это стало вторгаться в подземные выработки.

Плывуны! Это грозное слово в 30-е годы не сходило со страниц газет. Плывуны заливали стволы, забои шахт. Вот тогда-то изобретательные молодые специалисты Н.Г.Тупак и Я.А.Дорман (ныне доктора технических наук) призвали на помощь проходчикам искусственный мороз, способный превратить полужидкий грунт в скалу. Мороз создается охлажденным раствором соли хлористого кальция, который, циркулируя в специально пробуренных скважинах, создает теплообмен с грунтом. Вокруг труб образуются ледяные цилиндры. Они постепенно увеличиваются, соединяются между собой в сплошную стену толщиной до трех-четырех метров. Замороженный грунт не пропускает ни единой капли воды — искусственная скала способна выдержать огромное гидростатическое давление и давление грунта. Холод стал могучим заслоном, ограждающим тоннельщиков от подземной стихии."

В продолжение "фундаментной темы поделюсь подборкой коротких версий, которые прокомментирую. Например, на сайте, посвященном высотным зданиям Москвы я прочитал, что "когда планировали строительство Храма в честь победы в Отечественной войне 1812 года, было несколько проектов, один из них - построить храм на Воробьевых горах. Строительство не началось, так как здесь очень слабые грунты, которые не в состоянии выдержать крупного здания. Но что не смогли сделать царские архитекторы, сделали сталинские. Когда строили главное здание МГУ, то вырыли огромный котлован под фундамент, залили жидким азотом, потом поставили холодильные установки на то место, которое потом стало называться 3-м подвалом или этаж -3. Этой зоне был присвоен статус суперсекретной, так как в случае возможной диверсии и вывода из строя морозильников через неделю здание сплывет в Москва-реку. Заведовало 3-м подвалом 15 управление КГБ. Именно этот уровень МГУ соединяется с подземным городом в Раменках и станцией Метро-2".

Эту информацию, правда несколько измененную, я встречал и на других сайтах. Вообще, тема крайне интересная. Ну с жидким азотом все не так просто. При -192 Цельсия металл крошится как лед. Оборудование для таких установок должно стоить очень(!) дорого. И фраза "котлован заливался жидким азотом" представляется мне странной. Как это заливался, из бочки, что ли? Одним словом заявляю - все разговоры о замороженных мод МГУ грунтах полная ерунда.

Меня очень рассмешило то, что некая московская журналистка, которая без каких-либо ссылок на мой сайт позаимствовала материал из этого раздела для своих радиоопусов, преподнесла эту «утку» таким образом, что она прозвучала как чистая правда. Почему-то основной упор в передаче был сделан именно на пресловутые слухи о тайнах подземелий, которые в сокращенном переложении прозвучали полным бредом. Так вот: здание МГУ стоит на чрезвычайно плотных и абсолютно сухих грунтах. Поэтому, даже несмотря на крайне дождливое лето 1949 года, состояние необычно крутых откосов котлована было вполне удовлетворительным. Почвы были настолько плотными, что инженерами было принято решение о закладке фундаментов зданий химического и физического факультетов в замороженный грунт без его предварительного оттаивания.

Печатаю фрагмент из книги «Записки строителя» (А.Н.Комаровский М. 1972 г.)

"При выполнении земляных работ наиболее серьезную задачу представляла выемка котлована под главный корпус. Средняя глубина его составляла 14,5 м. Интересно отметить, что эта глубина определялась не только условиями основания коробчатого железобетонного фундамента на прочных грунтах, способного выдержать большое давление без существенных осадок (в данном случае весьма плотные и сухие глины и суглинки). Эту глубину также диктовало стремление расположить здание на слоях грунта, которые были бы обжаты бытовым давлением вышележащего грунта, равным примерно давлению, которое возникнет после строительства здания. Решение оказалось верным. Осадка центральной и наиболее нагруженной части главного корпуса к концу строительства составила от 43 до 72 мм, и с 1955 г. в целом осадка коробчатого фундамента почти полностью прекратилась.

Желая сократить объем земляных работ (в частности, обратную засыпку пазух) и, что еще важнее, площадь, занимаемую котлованом, мы, естественно, стремились к максимально возможной крутизне откосов котлована. Поскольку откосы котлована были сложены плотными и совершенно сухими породами без каких-либо выходов грунтовых вод, строители приняли необычное для котлованов подобной глубины решение: пройти его с откосами 1:0,5 (где 1 — высота, а 0.5 — заложение откоса). При этом откосы в целях быстрого отекания ливневых вод были тщательно спланированы вручную. Это решение вызвало ряд возражений. Недопустимы, мол, столь крутые откосы по условиям техники безопасности, будут оползни и т. д. Мы попросили известного в то время крупнейшего специалиста по основаниям, фундаментам и грунтоведению профессора Владислава Карловича Дмоховского на месте изучить этот вопрос и дать свое заключение. Вот выдержки из его заключения:

"11 мая 1949 г. мной на месте осмотрены котлован и его откосы. Одновременно я ознакомился со всеми исследовательскими и расчетно-проектными работами самого строительства по этому вопросу.

В результате такого освидетельствования я прихожу к следующему выводу.

Общее состояние откосов вполне безукоризненное в отношении их устойчивости; в окружающей их обстановке нет никаких данных, способных создать какие-либо нежелательные последствия. В силу этого я решительно не нахожу оснований предпринимать какие-либо мероприятия в отношении самих откосов, находящихся ныне в состоянии вполне гарантированной их устойчивости".

И все-таки, что же послужило основой для байки о "жидком азоте"? Действительно, при устройстве фундаментов высотных зданий инженерам приходилось иметь дело с водонасыщеными грунтами. Для разных зданий проблема отвода грунтовых вод решалась по-разному. Так при строительстве гостиницы на Комсомольской площади искусственное свайное основание впервые в строительной практике было осуществлено способом вибронабивки. С поверхности в грунт забивались большие металлические трубы, имевшие на конце чугунный наконечник. Когда труба доходила до прочного несущего грунта забивка прекращалась, в трубу вставлялся металлический каркас (в будущей свае он играл роль скелета) и труба сверху заполнялась пластичным бетоном. Потом труба захватывалась специальными приспособлениями, и копер уже не ударами а обратным встряхивающими рывками постепенно извлекал ее из грунта, оставляя в грунте набитую, но еще сырую, неотвердевшую железобетонную сваю. Пластичный бетон затвердевал через несколько дней и приобретал необходимую прочность.

Иначе были организованы работы по устройству основания под высотное здание на Дорогомиловской набережной. Рядом была река, фундамент предстояло заложить на глубину 10 метров ниже уровня грунтовых вод и обычной откачкой воды грунт все равно не удалось бы обезводить настолько, что бы котлован оставался сухим. И на строительной площадке был применен новый способ так называемого иглофильтрового водопонижения. Иглофильтр - это металлическая труба диаметром 2 дюйма и длинной полтора метра. Стенки трубы имеют множество круглых отверстий. Труба обматывается двумя защитными сетками - 3 мм и 0,3 мм. Внизу на инглофильтровую трубу навернут металлический наконечник - стакан с острозубчатым краем (фрезом), а внутри стакана помещен небольшой резиновый шарик. В грунт иглофильтр погружается гидравлическим способом: он подключается к водопроводу и вода, поступающая под давлением в трубу, отжимает шарик книзу и промывает скважину для погружения иглофильтра. Снабженный зубчатым фрезом иглофильтр легко погружается все глубже до тех пор пока на поверхности не останется оголовник трубы. В итоге строительная площадка получается как бы огороженной подземным трубчатым частоколом, расстояние между "кольями" которого не превышает одного метра. К оголовнику каждого иглофильтра присоединялось трубчатое колено, которое подключалось к водосборному коллектору - трубе диаметром 7-8 дюймов, соединенной с вакуум-насосом. При включении насоса резиновые шарики в стаканах иглофильтров подбрасываются вверх и как пробки затыкают нижний срез трубы. А вода, просачиваясь сначала через защитные фильтрующие сетки а потом через отверстия в стенках иглофильтров, перегоняется в водосборный коллектор и удаляется из осушаемого контура. После того, как была готова гидроизоляция всех подземных сооружений высотного здания, иглофильтры просто отключили.


Котлован огражден подземным частоколом иглофильтров, присоединенных к общему водосборному коллектору.



Охлаждающий контур для заморозки плывунных грунтов.

Однако самый уникальный способ устройства основания высотного здания был применен на Лермонтовской площади. По технической смелости и инженерному искусству мировая строительная практика не знала аналогичного примера. Под южной частью правого крыла здания было необходимо устроить два эскалаторных хода, которые бы обеспечивали второй выход из уже действующей станции метрополитена. При этом пол промежуточного поворотного вестибюля располагался на 16 метров ниже подошвы фундамента здания, его окружала толща водонасыщенных плывунных грунтов. Было принято решение заключить вестибюль в жесткий шестигранный "стакан", который одновременно будет играть роль фундамента правого крыла административной части здания. "Стакан" и лежащую на нем крышку с двумя консольными выступами под эскалаторные ходы необходимо было возводить не задерживая хода работ на высотной части здания. Учитывая жесткие сроки, а так же невозможность перекрытия движения по Каланчевской улице, было принято решение отказаться от раскрытия котлована с обычными для слабых грунтов откосами. Инженеры решили обратиться к способу проходки глубоких котлованов с искусственным замораживанием плывунных грунтов, таким образом использовать замороженный грунт в качестве материала, способного воспринять давление окружающего грунта а также гидростатическое давление грунтовых вод. Сложная конфигурация "стакана" определила внутренний диаметр замороженного массива в виде цилиндра со стенками толщиной 5,6 м. Для его создания были заложены 230 скважин средней длинной около 27 м. 110 скважин потребовались для замораживания грунта вокруг эскалаторных тоннелей. Еще 33 скважины были выполнены в качестве наблюдательных. Опущенные в скважины замораживающие колонки замкнули в два контура, оба контура были подключены к замораживающей станции с двумя аммиачными компрессорами. В трубах циркулировал рассол хлористого кальция, его температура колебалась от -20° С до -26° С.

Однако истинное чудо инженерного искусства заключалось даже не в этом, а в том, что конструкции высотного здания намеренно возводились с наклоном. Дело в том, что в результате пученья замороженного грунта край фундамента со стороны вестибюля должен был подниматься, в то время как другой его край под возрастающим давлением стальных и бетонных конструкций должен был давать осадку. Сложнейшие расчеты показали, что максимальное значение подъема фундамента высотной части составит 50 мм, а общий перекос с учетом последующих осадок по диагонали длинной в 51,2 м составит 70 мм. Если бы железобетонный каркас возводился строго вертикально то после оттаивания он занял бы положение с отклонением от вертикали примерно на 0,16 м.

Было принято беспрецедентное в практике строительства сооружений подобного рода решение - вести монтаж колонн центральной части здания с заданным контр-креном. Графиком производства работ активное замораживание было предусмотрено вести до 15 марта 1950 г. К этому дню максимальный подъем одного из углов фундамента действительно не превышал расчетного и составлял 48,7 мм. Но из-за отставания работ от графика режим замораживания пришлось поддерживать до 20 мая, что привело к подъему угла на 62 мм. Таким образом фактический перекос фундамента по диагонали составил 83 мм. Контрольные расчеты показали, что к перенапряжениям фундамента и элементов каркаса это не привело.

С наступлением осени процесс естественного оттаивания грунтов стал идти со скоростью меньше расчетной. Было принято решение усилить его интенсивность подачей в скважины рассола, подогретого до +70 градусов. Это позволило управлять процессом посадки фундамента в течении октября месяца. В дальнейшем процесс оттаивания шел естественным путем. Следуя за осадкой фундамента, каркас хоть и избавился от первоначального крена, зато получил наклон в противоположную сторону. Однако этот наклони не вышел за пределы допустимого.

Подробности этого уникального опыта в истории строительной практики можно найти в каталоге выставки, опубликованном в Москве в 2004 году к 100-летнему юбилею Алексея Николаевича Душкина, архитектора, построившего это здание. Они приводятся в статье И.Б.Каспэ "Выдающаяся победа в истории строительной техники". Автор стати пишет: "Каждый раз, поднимаясь на эскалаторе в сторону Каланчевской улицы мы должны вспоминать о том, что здесь в середине 20-го столетия была одержана одна из самых выдающихся побед в истории строительной техники".


Ледогрунтовая конструкция, поворотный вестибюль и плита перекрытия в основании высотного здания на
площади у Красных ворот. Трехмерная реконструкция.
Инфографика Игоря Романенко // Газета «Мой район». Москва. 2009. № 38. 30 октября

Вернемся к обзору интернетских сплетен. Вот еще одна заметка с красноречивым названием "Московские тайны", которую я прочитал в одном из сетевых обозрений: "Здание МГУ уходит под землю на столько же, на сколько возвышается над ней. На разрезе в ежегоднике "Советская архитектура" за 1949 год, здание МГУ, в отличии от остальных высоток, изображено только выше уровня земли. Остальные высотные здания имеют только два-три этажа находящихся ниже уровня земли. А в подземельях МГУ по замыслам строителей должен был размещаться центр противоракетной обороны Москвы.

Все высотки были связаны системами радиорелейной и специальной телефонной связи, которая позволяла немедленно получать всю информацию о воздушном пространстве вокруг города. Информация сопоставлялась с данными самолетов слежения, дежурившими в воздухе.

Туда же, в "подземный МГУ", сообщались сведения из службы охраны государственных деятелей - о текущем местонахождении лидеров государства. Система не позволяла уверенно защитить всю столицу и в зависимости от полученной информации центр в МГУ принимал решения о тактике действий по противоракетной обороне".

Любопытная версия. Только тогда уж не "противоракетной", а противовоздушной. Здание МГУ проектировалось в конце 40-х годов и проблема защиты Москвы от ракетного удара тогда еще просто не стояла. В то время заряды могли быть доставлены к цели только с помощью тяжелой дальнобойной авиации, появление которой трудно было бы назвать внезапным. Однако полководцы всегда готовятся к прошедшей войне: в конце сороковых мало кто еще думал о том, что совсем скоро на вооружении вероятного противника появятся межконтинентальные баллистические ракеты, применение которых в корне изменит характер возможной третей мировой войны. И как только это произошло, штабы войск ПВО были немедленно выведены за пределы столицы, подальше от наиболее "привлекательных" для вероятного противника объектов.

Обычно, анализируя опыт строительства подземных объектов, которые, как правило, все являлись секретными, можно сказать, что на первый план выходила проблема охлаждения установленного под землей оборудования, защиты его от перегрева в условиях отсутствия вентиляции. Для времен войны наиболее эффективным решение такой проблемы было создание систем водяного охлаждения из нескольких контуров. Последний являлся проточным, первый - строго замкнутым, там циркулировал дистиллят. А для охлаждения контуров, если поблизости не было водоемов, наверху частенько строили "декоративные" фонтаны, незамерзающие зимой.

Вот маленькое дополнение Андрея Санина, одного из друзей "Виртуальной Фонотеки": В здании МГУ – 34 каменных этажа плюс шпиль. Я был на 34 этаже. Это галерея под куполом 33 этажа, который является залом заседаний. Туда ходит маленький лифт с 29 этажа, где находится Музей землеведения МГУ. В нем я, к сожалению, не был.

В зале заседаний я был один раз - моему бывшему начальнику там вручали премию Европейской Академии Наук для молодых ученых (по-моему, это так называлось). Вручал ее комитет, в который входили академики Фортов и Скулачев. Итак, этот круглый зал заседаний - это 32 этаж. 30 и 31 этажи - технические. 33 этаж - это галерея под куполом 32 этажа, а последний этаж, 34 соответственно - опять технический. Там находится вход в шпиль. Но выйти из лифта без ключа нельзя, поэтому дальше я ничего не знаю. Сколько точно этажей - надо вспоминать. По моему, все же 34. Я поездил туда-сюда на лифте, но кроме этажа, на который мне надо было, никуда не попал - везде стояли замки, обычные или кодовые.

Что внутри шпиля? Вышеупомянутый академик Скулачев говорил, кстати, об этом в своем выступлении, это я хорошо помню. Он сказал, что в Советское время помещение там принадлежало КГБ и использовалось для наружного наблюдения за перемещениями высокопоставленных лиц. Что там сейчас? Я не знаю и думаю, что достоверной информации об этом получить не удастся.

Я был на -3 этаже в ГЗ. Это бомбоубежище, раньше там был городской центр ГО, теперь многие помещения отданы под склады. Есть ли что-то ниже - не знаю, но, опять-таки, если и есть, то достоверной информации об этом нет".

А что же касается ежегодника "Советская архитектура", то там вообще писали очень много интересных вещей. И можете быть уверены - то, что здание МГУ было изображено без подвала еще не говорит о том, что этот подвал скрывал важные государственные тайны. Очень возможно, что в последний момент у издателей просто не оказалось подходящей картинки, где этот подвал был бы изображен. "Советская архитектура" - это, в общем, такая же книжка, как и все остальные, которые писались живыми людьми и ляпсусы в материалах, размещавшихся там, зависели от множества самых различных субъективных факторов. Вот, например, очень остроумная иллюстрация, этакий проблеск вольной творческой мысли, который я даже не знаю как прокомментировать. Просто не представляю, как она могла быть опубликована... Интересно, кем был автор этого рисунка?

Источник книга Н.Кружкова

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив