Как инженерная наука обеспечивает устойчивость зданий и технический прогресс белорусской стройиндустрии
Надежность, долговечность и экономическая эффективность любого объекта — от типовых жилых домов и промышленных комплексов до уникальных высотных зданий, плотин и объектов БелАЭС — закладываются еще на этапе предпроектных исследований грунтов. В сложных гидрогеологических условиях и при плотной городской застройке именно геотехническое обоснование и сопровождение проектов становятся главными факторами предотвращения аварийных ситуаций и обеспечения эксплуатационной пригодности зданий и сооружений на весь срок службы, что отвечает стратегическим задачам строительного комплекса.
С 1957 года ведущим экспертным центром Беларуси в этой сфере выступает научно-исследовательский отдел оснований и фундаментов РУП «Институт БелНИИС». За почти 70-летнюю историю подразделение прошло путь от базовых исследований физико-механических свойств грунтов белорусского региона, заложенных профессором, доктором технических наук Е. Ф. Винокуровым, до инновационного фундаментостроения, отвечающего современным задачам.
Слово генерального директора
— Строительная наука редко оказывается в поле общественного внимания, однако именно она определяет, будут ли здания и сооружения безопасными и долговечными, насколько эффективно расходуются средства государственного и частного заказчика. Отдел оснований и фундаментов РУП «Институт БелНИИС» — это та интеллектуальная опора, которая позволяет белорусским строителям уверенно осваивать сложнейшие территории, внедрять новые технологии и возводить объекты, отвечающие самым высоким стандартам надежности. Наша задача — сохранять и развивать эту научную школу, соединяя фундаментальные исследования с реальными потребностями строительной отрасли и стратегическими задачами, поставленными перед строительным комплексом страны, — отмечает генеральный директор РУП «Институт БелНИИС» Олег Николаевич ЛЕШКЕВИЧ.
Разработка инженерных решений для сложных грунтовых условий
Значительную часть территории нашей страны занимают неустойчивые основания: обводненные, слабые и глинистые грунты, торфяники, плывуны и биогенные отложения. Возведение зданий в таких условиях требует нестандартных научно-инженерных подходов и напрямую влияет на стоимость и сроки строительства.
— Инженерная наука должна была дать строителям надежные инструменты там, где геологические условия создавали серьезные риски, а значит — снять ограничения для развития территорий, — рассказывает Татьяна Новик. — Фундамент системной научной школы по работе со сложными грунтами в нашем институте заложил выдающийся ученый, кандидат технических наук Валерий Ефимович Сеськов, возглавивший отдел в начале 1980-х годов. Под его руководством специалисты сосредоточились на решении фундаментальной задачи: как строить на малопрочных, биогенных и искусственных — намывных и насыпных — грунтах, для которых характерны высокая сжимаемость и склонность к неравномерным осадкам.
Для решения этой проблемы специалисты отдела разработали эффективные конструкции плитных и свайных фундаментов, а также передовые сваи уплотнения. Внедрили методы проектирования набивных свай с уплотненным основанием и технологии создания геомассивов с заранее заданными свойствами еще на этапе предпостроечной подготовки площадок. Для оперативной оценки качества упрочнения оснований коллектив РУП «Институт БелНИИС» разработал и внедрил в массовую практику динамические и сейсмоакустические методы контроля. Они позволили проводить высокоточный неразрушающий аудит грунтовых массивов непосредственно на строительной площадке, что обеспечило объективный контроль качества и снижение рисков скрытых дефектов. Этот цикл научно-практических работ был удостоен Премии Совета Министров БССР.
Освоение пойменно-намывных территорий
В 1980–1990-е годы белорусское градостроительство столкнулось с серьезным вызовом: границы городов активно расширялись, а законодательные ограничения на изъятие пахотных земель заставляли осваивать территории, ранее считавшиеся непригодными для застройки. Речь шла о сложных площадках с пойменно-намывными, слабыми и малопрочными, насыпными грунтами и заболоченных участках. Главная проблема заключалась в том, что нормативно-техническая база для проектирования фундаментов в таких условиях в то время отсутствовала. Решение этой задачи имело стратегическое значение для выполнения планов жилищного строительства и промышленного развития.
Системное решение этой сложнейшей проблемы — заслуга выдающегося ученого, кандидата технических наук, доцента, ведущего научного сотрудника Владимира Николаевича Кравцова. Его фундаментальные исследования фактически сформировали технико-экономические основы ресурсоэффективного фундаментостроения Беларуси. Под руководством Владимира Николаевича разработаны и внедрены инновационные конструкции: забивные сваи переменной длины и с изменяющимся поперечным сечением, модернизированные ростверки, а также набивные грунтобетонные и винтовые металлические сваи. Кроме того, научные работники отдела предложили технологии и конструкции упрочнения грунтов способом их вертикального дисперсного армирования забивными сваями и набивными сваями в бурораскатанных скважинах.
Для всех созданных конструкций и технологий специалисты отдела разработали с нуля необходимую нормативно-техническую документацию и методы проектирования, что обеспечило их массовое применение по всей Беларуси. Инженерные решения отдела легли в основу десятков государственных строительных норм (ТНПА) по фундаментостроению и были защищены авторскими свидетельствами СССР и патентами Республики Беларусь. Разработки отмечены дипломами и медалями международных выставок и внедрены более чем на 1 000 объектов, включая зарубежные проекты.
В Беларуси эти технологии помогли возвести жилые кварталы в Минске, Могилеве, Витебске, Гродно, Бресте, Полоцке, Солигорске, Бобруйске. Они успешно применялись при строительстве флагманов промышленности: производственных объектов ОАО «Гродно Азот», РУП «Гомсельмаш», НПО «Интеграл», Минского мясокомбината, фабрики «Слодыч», СП ОАО «Спартак».
Как отмечает Татьяна Владимировна, именно эти научные разработки дали жизнь самым известным объектам страны. В их числе — Национальная библиотека Беларуси, подземный комплекс «Столица», «Минск-Арена», Летний амфитеатр в Витебске, Березовская ГРЭС, крупные логистические центры и ледовые дворцы по всей республике. По результатам исследований опубликовано более 200 научных трудов, получены десятки патентов и успешно запроектированы сотни зданий на площадках, ранее считавшихся непригодными для застройки. Но главное — научный задел РУП «Институт БелНИИС» доказал, что строить надежно можно даже там, где еще вчера это казалось невозможным. Тем самым был расширен ресурс территорий, доступных для реализации государственных и инвестиционных проектов.
Цифровое моделирование и сохранение исторического наследия
Сегодня стандарт работы РУП «Институт БелНИИС» — это современные геотехнологии, основанные на концепции ресурсоэффективного инновационного фундаментостроения. В их основе лежат четкие принципы: высочайшая эксплуатационная надежность, минимальные энерго- и материалоемкость, технологичность, сжатые сроки реализации и экологическая безопасность. Эти принципы коррелируют с приоритетами социально-экономического развития Республики Беларусь.
Основа белорусского строительного производства заложена еще в советские годы, когда специалисты, проектировавшие подземные конструкции, и специалисты по изысканиям не всегда достаточно взаимодействовали. Данная разобщенность могла приводить к удорожанию объектов и даже к увеличению риска строительных аварий. Современные здания стали выше и тяжелее, они возводятся в условиях сложнейшей городской застройки и на слабых грунтах с использованием сложных технологий. В этих реалиях остро необходимы инженеры-геотехники, свободно владеющие всем комплексом проектно-изыскательских работ — от совместных расчетов систем «основание — фундамент — надземная часть» до проектирования ограждений котлованов и защитных мероприятий. В РУП «Институт БелНИИС» реализован подход, который позволяет обеспечивать безопасность зданий еще на этапе проработки конструктивной части проекта. С помощью высокоточных программных комплексов и конечно-элементного анализа создаются математические модели, которые прогнозируют работу всей конструкции во времени, при любых внешних и динамических воздействиях. Безопасность объекта также обеспечивается на протяжении всего его жизненного цикла за счет научно-технического сопровождения строительства (НТСС) и непрерывного геотехнического мониторинга. Это является инструментом не только для предотвращения аварий, но и для оптимизации проектных решений, гарантирующие долговечность без избыточных запасов.
Параллельно с проектированием объектов для современных городов научно-исследовательский отдел оснований и фундаментов РУП «Институт БелНИИС» выполняет уникальные работы по сохранению историко-культурного наследия.
— Один из ключевых проектов института сегодня — Новогрудский замок, памятник архитектуры XII–XVI веков. Склоны и фундаменты Замковой горы подвержены сильной эрозии и оползням. В рамках НТСС и геотехнического мониторинга наши специалисты разработали инженерные методы укрепления и консервации руин, которые позволяют спасти древние сооружения, не нарушая их аутентичного исторического облика. Это направление имеет особую значимость для реализации государственной политики в сфере культуры и сохранения национального наследия, — подчеркивает Татьяна Новик.
Научно-исследовательская и экспертная деятельность отдела оснований и фундаментов РУП «Институт БелНИИС» чаще всего остается «за кадром» для широкой общественности. Однако именно эта «невидимая» геотехническая работа является главным гарантом конструктивной безопасности, сохранности зданий и комфорта людей. Под каждым зданием, мостом и промышленным объектом лежит не просто бетон и сталь — лежит труд научных работников, которые превращают сложные грунты в надежное основание. Их вклад — это не только новые технические решения, но и расширение возможностей для строительства.
Татьяна Владимировна НОВИК, заведующая научно-исследовательским отделом оснований и фундаментов РУП «Институт БелНИИС».
Сфера компетенций: научно-техническое сопровождение строительства (НТСС), геотехнический мониторинг уникальных и высотных зданий, численное моделирование системы «основание — фундамент — сооружение», разработка методов сохранения и усиления оснований объектов историко-культурного наследия.
Под руководством Татьяны Владимировны отдел обеспечивает внедрение концепции ресурсоэффективного инновационного фундаментостроения и цифровых методов расчета в практику современного белорусского строительства.
Цифры и факты
70 лет практического опыта в области геотехники.
> 1 000 объектов в Беларуси и за рубежом, построенных с использованием разработок отдела.
> 40 государственных строительных норм (ТНПА), разработанных на основе научных исследований.
> 60 авторских свидетельств СССР и патентов Республики Беларусь.
> 200 опубликованных научных трудов.
Анна ЖИЛКА, фото предоставлено РУП «Институт БелНИИС»