Плывуны в качестве оснований: российский опыт

В строительной практике понятие «плывун» встречается достаточно часто. Особенно при проведении строительных работ в крупных мегаполисах. Природа плывунов изучена не до конца, существует множество гипотез их происхождения. Есть и предположение, что причиной формирования плывунов являются утечки нечистот из канализационных систем. Но плывуны встречаются и в таких местах, где нет никаких следов человеческой деятельности.

Плывуны — некоторые разновидности супесей и других мелкозернистых грунтов, разжиженные водой, которые при определенных условиях становятся настолько подвижными, что текут подобно жидкости. Хотелось бы заметить, что плывуны и подземные реки — совершенно разные вещи. Если подземная река имеет, как правило, стабильное состояние, то предугадать поведение плывуна можно, лишь проведя достаточно большой объем геологических изысканий.
По своему проявлению плывун — загерметизированный самой природой объем, внутри которого находится под давлением в несколько атмосфер водонасыщенный мельчайший песок. Как показали инженерно-геофизические исследования, выполненные с помощью метода спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП), плывуны в грунте прорисовываются замкнутыми ореолами.

Не тронь, а то…

Вследствие своей подвижности и незначительной несущей способности плывуны малопригодны для использования в качестве оснований. В то же время дом может стоять на плывуне и при этом не испытывать никаких неудобств, ведь плывун способен выдержать очень большое давление. Но только при одном условии — сохранении герметичности. Если же возникают возможности для перемещения плывуна (например, вырытая траншея или котлован), то грунт может просто «уплыть» из-под дома. При этом фундамент целиком или частично теряет свою опору, вследствие чего начинают уходить в землю те части здания, которые находятся непосредственно над плывуном. Затем развивается микронарушенность грунта, и сквозь него тоже начинает выходить плывун.

Первое проявление начала процесса — обводнение подвалов. Иногда кажется, что там поднимается почва, но это не так — на самом деле, опускается дом. Скорость осадки зависит от работ, происходящих по соседству, от состояния грунтов, от степени нарушения гидрологических условий. Следующий этап — развитие трещин в несущих конструкциях дома. Так, в результате выхода плывуна из-под южной секции дома № 8 по ул. Двинской в Петербурге эта секция потеряла опору и отвалилась.

В результате обрушения (в июле 2002 г.) погибли 4 человека. В процессе проведения работ, направленных на расширение набережной Обводного канала в Петербурге, содержимое залегавших там плывунов стало выходить непосредственно в канал. Дом № 48, отстоящий от канала более чем на 50 м, сразу после начала забивки шпунта в средней своей части начал резко погружаться в грунт и разрушаться. Аналогичным образом разрушились дома на Каширском шоссе в Москве после того, как на некотором расстоянии от них стали делать котлован под подземный гараж. А следствием начала строительства здания в парке им. Сахарова (СПб) стал наклон находящегося рядом со строительной площадкой точечного дома.

Еще один пример — дом Мурузи на Литейном пр. Петербурга, где в 2006 г. произошла подвижка грунта под фундаментом из-за проведения строительных работ на соседнем участке. Точно так же развивалась ситуация при строительстве отеля «Коринтия Невский палас» (Невский, 57): после того, как соседние 55-й и 59-й дома затрещали по швам, их пришлось спешно расселять и сносить.

Коварной особенностью плывуна является то, что в ходе строительных работ и под воздействием уже функцио-нирующего сооружения его верхняя граница поднимается, часто вплотную приближаясь к поверхности. Таким образом, малейшее проникновение в грунт, например при ремонте коммуникаций (которые при прокладке находились еще вне плывуна), может вызвать самые нежелательные последствия.

Строили и строить будем

Еще в древности строители встретились с оплывающими, насыщенными водой песками. А когда встала необходимость возводить каменные здания, всерьез задумались об укрощении плывунов. В Петербурге, который в самом полном смысле этих слов построен на болоте, дома устанавливали на мощные деревянные плоты, служившие для равномерного распределения нагрузки. Дерево не гнило за счет отсутствия доступа кислорода.

Время шло, строительные проекты становились масштабнее, а методы борьбы с плывунами — эффективнее. Особенно часто применять их на практике приходилось строителям метрополитена. При проходке туннелей, горных выработок традиционно использовались такие меры защиты, как специальные щиты, кессоны и замораживание.

Последний способ стал наиболее популярен, но и он не всегда себя оправдывал. Подтверждение тому — размыв в Петербургском метрополитене между станциями «Лесная» и «Площадь Мужества». Предпосылкой аварии стало ускоренное строительство к XXV партийному съезду перегона глубокого заложения, который должен был пройти в толще водоносных песков. Для быстрого прохода через плывун была применена технология замораживания грунта дорогостоящим криогенным оборудованием. В 1974 г. в еще строившийся тоннель хлынула вода. На поверхности появилась яма 400 на 200 м и глубиной 3 м. На Политехнической ул. вздыбился асфальт, полопались трамвайные рельсы, опасно накренились несколько зданий, пошли трещины, был разрушен административный корпус завода «Красный Октябрь». Тогда грунт удалось заморозить, однако в 1995 г. движение на участке пришлось закрыть на 9 лет — до ввода в эксплуатацию новых обходных тоннелей.

Впрочем, были и удачные примеры замораживания плывунов. Воистину беспрецедентным можно считать опыт строительства высотного здания Министерства путей сообщения на Красных Воротах в Москве. При проведении разведки грунта выяснилось, что часть будущего котлована занимает плывун, а часть — глина. Соответственно, край фундамента высотной части в процессе заморозки должен был приподняться.

А противоположный край под действием веса стальных и бетонных конструкций дать осадку. После проведения контрольных расчетов проектировщики приняли решение вести монтаж здания с отклонением от вертикали с таким расчетом, чтобы после оттаивания грунта оно приняло нормальное положение. При этом для каждого яруса были определены свои отклонения от вертикали. В результате после усадки фундамента каркас избавился от первоначального наклона, получив лишь незначительный крен в противоположную сторону.

Здание МГУ тоже стоит на плывунах. При его строительстве расположенные под фундаментом мощные морозильные установки удерживали плывуны в стабильном состоянии. Кроме того, здание возводилось на принципиально новом коробчатом фундаменте, который «приспосабливается» к поведению грунта: опускается или поднимается в зависимости от того, в каком месте прорываются плывуны. Здесь и прямая экономия: не надо заливать бетоном гигантский котлован, как это делали американцы при строительстве своих небоскребов.

Однако примеров потери контроля над плывунами, к сожалению, очень много. Только в Петербурге насчитывается с десяток крупных скандальных объектов. Яма у Московского вокзала, на месте которой к маю 2010 г. планируется возвести торгово-развлекательный комплекс, вторая сцена Мариинского театра, дома на Невском пр., Колокольной ул...

Вообще, по мнению экспертов, Санкт-Петербург нуждается в программе «Усиление оснований», то есть слабых грунтов, причем такой же масштабной, как программа реставрации фасадов.

Москва плывущая

Но с проблемой плывунов сталкивается не только Петербург. Все чаще в прессе стали раздаваться тревожные голоса, опасающиеся, что в скором времени столица начнет медленно уходить под землю. Специалисты оценивают участки в южном конце Гоголевского бульвара как готовые к обрушению в подземные пустоты, называют чреватыми серьезными авариями плывуны возле Нового Арбата и Большой Дмитровки, указывают на риск горизонтальных разрывов в Филевском парке, вокруг которого идет активная застройка. Популярный сайт Аpartment.Ru предоставляет общественному вниманию список потенциально опасных московских районов, где нежелательно покупать жилье.

«Плывун» для москвичей — хорошо знакомое понятие. Еще в 60-х на Хорошевском шоссе начали появляться воронки и провалы, в которые сразу же угодило несколько новостроек. Пустоты под этим районом — следствие постоянного осушения подземных водоемов. Существует весьма интересная информация о том, что общее число скважин, пронизывающих Москву по всей территории, может достигать 900 тыс. Следует иметь в виду, что Москва-река, проходя через город, как минимум треть своих вод проводит под землей. Естественно, что все они скапливаются в имеющихся подземных резервуарах, карстовых и искусственных, попадая и в плейстоценовые пески. А это — хорошее условие для образования плывунов.

Свежо в памяти москвичей ЧП 2001 г., когда при прокладке коллектора разрушился дом на Малой Дмитровке. По улице Авиационной (северо-запад Москвы) на берегу Москва-реки еще в 90-х началось строительство жилого комплекса «Алые паруса» высотой более 190 м. Мощный бетонный фундамент объекта перекрыл естественные пути грунтовых вод, наполнявших Строгинскую пойму. Каковы будут последствия этого строительства — неизвестно.

Лечение или профилактика?

Мало кто из жителей Ульяновского проспекта в Красноярске знает, что их микрорайон стоит на плывуне, что в свое время (почти 20 лет назад) вызывало серьезные опасения за надежность эксплуатации зданий. В настоящее время фундаменты домов укреплены, и плывун не представляет никакой опасности. Ситуация в московских Черемушках развивалась по аналогичному сценарию.
На сегодняшний день существует достаточно методик, позволяющих для каждого конкретного случая выбрать свою стратегию борьбы с плывуном. Прежде всего необходимо помнить, что плывун бывает как истинный, так и ложный (по классификации советского ученого А. Ф. Лебедева). Так, плывун, имеющий коллоидные частицы размером менее 0,001 мм, по сути выполняющие роль смазки, называют истинным, а плывун, свойства которого проявляются только при значительном гидродинамическом давлении фильтрующейся через него воды, — ложным. Истинный плывун подвергается сильному пучению при промерзании, слабо фильтрует воду, при высыхании приобретает связность, в его образовании большую роль играют микроорганизмы. Так как истинные плывуны плохо отдают воду, при их осушении применяют вакуумирование и электродренаж; для осушения же ложных плывунов используют иглофильтры и трубчатые колодцы.

Для борьбы с плывунами при строительстве крупных объектов сегодня популярен метод «стена в грунте». Именно он будет использован в процессе возведения второй сцены Мариинского театра в Петербурге. Для успешной реализации долгоиграющего проекта строителям придется пробурить на площадке 2278 скважин и зацементировать 2190 из них. Это позволит поддерживать как сам котлован, так и здания вокруг стройплощадки.

Самое главное — не забывать, что если в одних местах можно строить и стоэтажные здания, то в других даже строительство девятиэтажек уже становится опасной затеей. Успех любого предприятия заключается в его тщательной подготовке. Поэтому перед началом строительства необходимо проводить грамотное геологическое обследование участка методом ССП. Поскольку плывуны контролируются зонами тектонических нарушений, то именно их и следует картировать. Эффективность такого прогноза влияния строительных работ на уже построенные дома проверялась многократно. Так, если под домом проходит зона тектонических нарушений, то можно быть уверенным, что ведение строительных работ на продолжении этой зоны вызовет выпуск плывуна.