Выбор технологичных способов усиления бутовых фундаментов и кирпичных стен при реконструкции старых зданий Санкт-Петербурга

Тилинин Ю. И. Выбор технологичных способов усиления бутовых фундаментов и кирпичных стен при реконструкции старых зданий Санкт-Петербурга // Инженерно-строительный вестник Прикаспия : научно-технический журнал / Астраханский государственный архитектурно-строительный университет. Астрахань : ГБОУ АО ВО «АГАСУ», 2024. № 3 (49). С. 18–24.

Введение

Реконструкция старых зданий, построенных в Санкт-Петербурге в период Российской империи, выполняется в соответствии с техническими и технологическими решениями. Указанные решения базируются на данных предпроектных изысканий, которые в эксплуатируемом здании весьма затруднительно провести в полном объеме. В связи с этим технические и технологические решения принимаются приближенно и не в полной мере учитывают производственные факторы, ограничивающие применение строительных машин и соответственно способов производства работ при реконструкции. Существенный вклад в разработку научно-теоретических основ технологии реконструкции внес К. А. Шрейбер [1], рассмотревший различные аспекты встроенного монтажа. Технологии работ при реконструкции и ремонте зданий описаны также в работах А. Ф. Юдина, Ю. Н. Казакова и Ф. М. Адама [2–4].

Общим недостатком названных выше трудов является отсутствие теоретических основ и рекомендаций по оценке эффективности способов производства работ при реконструкции зданий с учетом производственных условий, к которым относится ограничение по применению строительных машин из-за стесненности мест для их размещения, малых проездов во двор здания, малой высоты подвального помещения, близости окружающей застройки.

Впервые данная задача для проведения специальных работ в грунтах ставится и решается в статье А. Н. Гайдо [5]. Однако в ней не рассматриваются работы при реконструкции старых зданий. Проведенный анализ теоретических исследований позволяет утверждать, что научная проблема оценки эффективности способов производства работ при реконструкции зданий является актуальной. Она решается на основе определения значимости показателей эффективности, среди которых важно соответствие способа ограничениям, накладываемым производственными условиями реконструкции. Изложенные обстоятельства повлияли на выбор объекта и предмета исследования.

Объект исследования – реконструируемые старые здания с бутовыми фундаментами и кирпичными стенами, построенные в период Российской империи и эксплуатируемые в настоящее время в качестве учебных, музейных и иных комплексов Санкт-Петербурга.

Предмет исследования – эффективность способов производства работ с учетом ограничений, накладываемых производственными условиями реконструкции.

Целью исследования является разработка критериев эффективности способов производства работ и оценка значимости этих критериев с целью определения последовательности принятия решений при выборе технологичных способов производства работ.

При рассмотрении методологии выбора технологичных способов производства строительных работ, выполняемых при реконструкции старых зданий решаются в соответствии с составом конструктивных элементов (рис. 1) следующие проблемы [6–9]:

• выбора способов усиления и замены междуэтажных перекрытий;

• выбора способов усиления кирпичных стен, простенков и столбов;

• выбора способов усиления оснований и фундаментов.

В качестве критериев эффективности при выборе способов усиления строительных конструкций автором предложена система показателей технологичности:

1) показатели обеспечения проектных параметров:

1.1) обеспечение требуемого качества работ;
1.2) несущая способность усиленной конструкции;
1.3) показатель надежности работ по усилению конструкции;

2) технико-экономические показатели:

2.1) затраты труда рабочих;
2.2) затраты времени работы строительных машин;
2.3) расход строительных материалов;

3) ограничения по применению машин и механизмов исходя из производственных условий реконструкции:

3.1) максимально допустимые габариты машин исходя из площади участка работ;
3.2) максимально допустимые габариты машин исходя из транспортных проездов;
3.3) максимально допустимые параметры машин исходя из экологической безопасности (снижение шума, пыли, воздействия машин на зеленые насаждения);
3.4) максимально допустимые параметры машин исходя из сохранности ближайших эксплуатируемых зданий;
3.5) максимально допустимые параметры машин исходя из сохранности охраняемых конструкций реконструируемого здания.

Метод исследования

Для определения последовательности оценки эффективности способов усиления строительных конструкций выполнено ранжирование показателей технологичности методом экспертных оценок в диапазоне 1–5 баллов. В результате для каждого показателя определяли сумму баллов по формуле 1:

где п – число показателей, т – количество экспертов, i – порядковый номер оцениваемого показателя, j – порядковый номер эксперта.

Затем сумму балов для каждого показателя

𝑃𝑃𝑖𝑖𝑖 разделили (формула 3) на сумму баллов по всем показателям P, определяемую по формуле 2:

получив в итоге следующий вид ранжирования (формула 4) со значимостью в диапазоне 0–1:

Результаты и обсуждения

Результаты проведенной экспертной оценки с целью определения значимости различных показателей технологичности способов усиления строительных конструкций реконструируемых старых зданий Санкт-Петербурга приводятся в таблице 1.

При выборе способов усиления строительных конструкций наиболее значимы показатели, относящиеся к обеспечению проектных параметров, следующими являются ограничения по применению строительных машин исходя из производственных условий. На завершающем этапе из этих способов выбирают вариант с меньшими технико-экономическими показателями затрат труда, машинного времени и материалов.

При выборе способов усиления бутовых фундаментов реконструируемых старых зданий Санкт-Петербурга производственные условия реконструкции можно охарактеризовать факторами 1–7, а трудоемкость работ – фактором 8:

1) высокий уровень грунтовых вод;
2) водонасыщенные грунты ниже подошвы;
3) залегание кембрийских глин от 5 до 35 м;
4) подвал с высотой потолка менее 2 м;
5) подвал с высотой потолка 2 м и более;
6) бутовая кладка близка на некоторых участках к разрушению;
7) ограничения производства работ по шуму и запыленности;
8) трудоемкость работ.

Проведена экспертная оценка по десятибалльной шкале способов усиления бутовых фундаментов с учетом производственных условий и трудоемкости работ (табл. 2).

Недостатки традиционных способов (обоймами, банкетами, стальными балками) заключаются в производстве земляных, арматурных, опалубочных и бетонных работ, причем их произ-водство часто бывает ограничено наличием высокого уровня грунтовых вод [10].

Поэтому при возможности применения в производственных условиях реконструкции буровых установок и достаточной сохранности фундамента для бурения в нем скважин в Санкт-Петербурге вполне эффективно усиление бутовых фундаментов буроинъекционными сваями. Они заглубляются нижней частью в кембрийские глины, залегающие в южных районах города на глубине от пяти до десяти метров, в районе Финского залива – на глубине двадцать пять и более метров [11, 12]. Наряду с усилением бутовых фундаментов при реконструкции старых зданий осуществляется и усиление кирпичных стен.

Основной строительный материал для стен зданий производился в 1790–1917 году на кирпичных заводах, где применялась ручная формовка глиняной массы звеном из двух человек. Производительность была около одной тысячи кирпичей на человека в смену. Наиболее крупные производства размещались в окрестностях Б. Ижера, Рыбацкое, Усть-Славянка, Новосаратовка, Усть-Ижора [13–16]. Кирпичи изготавливались хорошего качества. Они сохраняют прочностные характеристики в нормальных условиях эксплуатации до сегодняшнего дня.

Кирпичные стены зданий, построенных до 1917 года, имеют переменную по высоте толщину – от двух до семи кирпичей (табл. 3).

Решение об усилении стен принимается в зависимости от технического состояния (дефектности), наличия тонких (волосяных) трещин различной длины, пересекающих ряды кирпичной кладки. В различных рекомендациях и стандартах рассматривается четыре категории технического состояния [17]. Автор придерживается в статье Правил обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений (СП 13-12-102-2003), в которых указано пять категорий технического состояния:

1) исправное;
2) работоспособное;
3) ограниченно работоспособное;
4) недопустимое;
5) аварийное.

Для каждой из пяти категорий предусматриваются два-три способа усиления с учетом несущей способности, рассчитываемой с использованием коэффициента дефектности по формуле 5:

где N – прочность материала конструкции; Кд – коэффициент дефектности кирпичных стен определяется по таблице 4.

При выявлении трещин в процессе технического обследования и несоответствия фактической несущей способности кладки требованиям реконструкции рассчитывается коэффициент снижения несущей способности кирпичных стен, измеряемой в долях от проектного показателя. На основании этого коэффициента присваивается соответствующая категория технического состояния и даются общие рекомендации по усилению кирпичных стен, простенков и столбов (табл. 5).

Усиление кирпичных стен с незначительными трещинами может выполняться инъектированием, нагнетанием через пробуренные в кладке отверстия цементно-полимерного раствора. В пробуренные отверстия устанавливаются пакеры, потом к ним подсоединяется подающий трубопровод от нагнетательной установки. Если кладка сохранила целостность, то на простенок или кирпичный столб можно сразу, без предварительного инъектирования, установить металлическую или монолитную железобетонную обойму, заделать в стену стальные или железобетонные вставки-сердечники.

Заключение

Таким образом, опираясь на проведенное исследование, можно сделать вывод о том, что при реконструкции старых зданий в Санкт-Петербурге буроинъекционные сваи наиболее технологичны для усиления фундаментов, а при усилении стен в большинстве случаев наиболее технологичен комбинированный способ усиления, заключающийся в инъектировании слабой кладки и устройстве затем металлической усиливающей обоймы. Выбор способов усиления и замены перекрытий будет рассмотрен в дальнейших работах.

Список литературы

1. Шрейбер К. А. Организационно-технологическая подготовка мероприятий по обеспечению надежности зданий / К. А. Шрейбер, К. К. Шрейбер // Промышленное и гражданское строительство. – 2020. – № 3. – С. 42–46. – DOI: 10.33622/0869-7019.2020.03.42-46.2.

2. Юдина А. Ф. Современные технологии при реконструкции зданий и сооружений / А. Ф. Юдина // Вестник гражданских инженеров. – 2017. – № 3 (62). – С. 117–123.

3. Юдина А. Ф. Реконструкция перекрытий в зданиях старого жилого фонда методом облегченной конструкции / А. Ф. Юдина // Инженерный вестник Дона. – 2023. – № 3 (99). – С. 317–326.

4. Казаков Ю. Н. Технология реконструкции зданий : монография / Ю. Н. Казаков, Ф. М. Адам. – СанктПетербург : Лань, 2019. – 120 с.

5. Гайдо А. Н. Оценка показателей надежности и качества способов производства работ нулевого цикла / А. Н. Гайдо // Вестник гражданских инженеров. – 2020. – № 1 (78). – С. 116–126.

6. Возняк Е. Р., Головина С. Г., Пухаренко Ю. В. Трансформация исторических зданий в Санкт-Петербурге и сохранение архитектурных и конструктивных элементов разных периодов / Е. Р. Возняк, С. Г. Головина, Ю. В. Пухаренко // Вестник гражданских инженеров. – 2020. – № 5 (82). – С. 5–11

7. Тилинин Ю. И. Домостроительные технологии в системе сохранения и развития архитектурно-планировочной структуры исторических российских городов: монография / Ю. И. Тилинин, О. А. Пастух. (принадлежит авторство первой главы), Д. А. Животов, А. Н. Панин. – Санкт-Петербург : Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2022. – 239 с.

8. Мангушев Р. А. Петербургский «генетический код». Век XVIII и век XXI / Р. А. Мангушев, Н. С. Новоходская, Т. А. Датсюк, Л. Н. Кондратьева // Вестник гражданских инженеров. – 2019. – № 5 (76). – С. 33–40.

9. Соколов В. А. Вероятностный анализ технического состояния кирпичных стен зданий старой городской застройки / В. А. Соколов // Строительство и реконструкция. – 2015. – № 1 (57). – С. 65–73.

10. Gaido A. Rationale for method of earthworks and foundation works during reconstruction / A. Gaido, S. Evtyukov // Contemporary Problems of Architecture and Construction : Proceedings of the 12th International Conference, ICCPAC, 2020. – CRC Press, 2021. – С. 31–36.

11. Мангушев Р. А. Геотехника Санкт-Петербурга. Опыт строительства на слабых грунтах: монография / Р. А. Мангушев, А. И. Осокин, С. Н. Сотников. – Москва : Ассоциация строительных вузов, 2018. – 386 с.

12. Мангушев Р. А. Особенности устройства фундаментов исторических зданий Санкт-Петербурга / Р. А. Мангушев, А. И. Осокин // Жилищное строительство. – 2009. – № 2. – С. 46–48.

13. Yudina A., Tilinin Yu. Selection of criteria for comparative evaluation of house building / A. Yudina, Yu. Tilinin // Architecture and Engineering. – 2019. – Т. 4, № 1. – С. 47–52. – DOI: https://doi.org/10.23968/2500-00552019-4-1-47-52.

14. Тилинин Ю. И. Технологии строительства зданий в городских условиях / Ю. И. Тилинин, Д. А. Животов // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. – 2023. – № 1 (43). – С. 32–37.

15. Юдина А. Ф. Развитие технологий жилищного строительства в Санкт-Петербурге / А. Ф. Юдина, С. А. Евтюков, Ю. И. Тилинин // Вестник гражданских инженеров. – 2019. – № 1 (72). – С. 110–119.

16. Семенцов С. В. Развитие промышленности и ремесел в Санкт-Петербурге и окрестностях при Петре Первом / С. В. Семенцов, М. С. Штиглиц // Вестник гражданских инженеров. – 2019. – № 6 (77). – С. 53–59.

17. Лапидус А. А. Организация работ по обследованию зданий и сооружений / А. А. Лапидус, Д. В. Топчий // Промышленное и гражданское строительство. – 2023. – № 3. – С. 12–15.