Книга: Высотки сталинской Москвы. Наследие эпохи

Инженерные решения. устройство оснований и фундаменты высотных зданий

Инженерные решения. устройство оснований и фундаменты высотных зданий

В отличие от художника, в центре внимания которого, по словам Н. Соколова, находился человек, в центре внимания строителей находились проблемы поиска реальных решений, которые бы позволили воплотить в жизнь замысел художника.

Первой трудностью, с которой столкнулись советские строители высотных зданий, явилась московская геология. Впервые ее коварство дало себя знать еще в 30-х годах при строительстве первых станций метро. Об этом писала Т.В. Федорова в книге «Наверху – Москва»:

«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 немногим.

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 3 0-е годы не с ходило со страниц газет. Плывуны заливали стволы, забои шахт. Вот тогда-то изобретательные молодые специалисты Н.Г. Трупак 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 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»[129].

Из американского опыта строительства небоскребов в то время было известно, что наиболее прочным и удобным во всех отношениях основанием является скальная порода. Но в Москве скальные породы залегают на такой глубине, что американский опыт был здесь бесполезен – отрытие котлованов на требуемую для этого глубину лежало бы за пределами всяких возможностей. На бетонирование искусственных оснований ушли бы долгие месяцы и колоссальные денежные средства. А нельзя ли при возведении высотного здания обойтись без скального грунта? Зарубежные специалисты единодушно давали отрицательный ответ. Советские же инженеры доказали, что надежным основанием могут послужить и так называемые мягкие грунты.

Пространственная конструкция фундамента высотного здания на Дорогомиловской набережной. Схема

Это открывало широкие перспективы для дальнейших разработок. Отпала необходимость извлекать миллионы кубометров земли, лежащие на пути к скальному грунту, – таким образом, объем земляных работ уменьшался во много раз, следовательно, упрощались и строительные работы. Теперь требовалось разработать новую, оригинальную конструкцию фундамента, которая бы создавала обширную опорную площадь здания. Отклоняя один за другим различные варианты, как не вполне надежные или недостаточно экономичные, инженеры нашли наконец верное решение. Чертеж фундамента авторы представили на рассмотрение группе экспертов. У кого-то вырвалась реплика:

– Да ведь это коробка!

– Вы правы, – ответили проектировщики. – Мы предлагаем выполнить фундамент в виде железобетонной коробки.

В пользу предложенного решения были приведены такие соображения: здание будет возведено на сравнительно малоустойчивом грунте, – следовательно, его фундамент должен отличаться особой прочностью. Повышенная жесткость фундамента устранит неравномерные осадки путем перераспределения давления на грунты основания. Конструкция фундамента должна обеспечивать минимальные и равномерные осадки высотных зданий. Его нижняя и верхняя плиты будут простираться на площади в несколько тысяч квадратных метров. Поэтому нет никакой нужды делать фундамент монолитным и заполнять железобетоном все пространство между плитами. Гораздо выгоднее соорудить его как бы пустотелым, связав верхнюю и нижнюю плиты продольными и поперечными стенками, идущими по осям основных несущих колонн каркаса здания. Эти стенки придадут железобетонной коробке требуемую жесткость. При этом фундамент будет являться продолжением здания, его полезной частью, внутри которой можно уместить значительную часть инженерного оборудования[130].

Так оказалось найдено не толь ко частное решение задачи, но и общее решение, открывающее новые перспективы в дальнейшей практике строительства. Придание высотным зданиям пирамидальных форм преследовало не только архитектурные, но и инженерные цели – сделать нижнюю часть здания и, следовательно, его фундамент более широкими, что позволило бы распределить вес здания по наибольшей площади.

Котлован для устройства фундамента одного из высотных зданий столицы. 1949 г.

А подвалы высотных зданий стали неиссякаемым источником для массы фольклорных выдумок и легенд. К примеру, такой: 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 (именно в такой нелепой редакции эта байка встречается в Интернете), 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 Москву-реку…

Эту информацию, правда несколько измененную, я встречал и на разных сайтах в сети Интернет. Безусловно, она относится к категории вымыслов, поскольку здание МГУ стоит на чрезвычайно плотных и абсолютно сухих грунтах. Поэтому, даже несмотря на крайне дождливое лето 1949 года, состояние необычно крутых откосов котлована оказалось вполне удовлетворительным. Почвы были настолько плотными, что инженеры приняли решение о закладке фундаментов зданий химического и физического факультетов в замороженный грунт без его предварительного оттаивания[131].

А.Н. Комаровский, руководивший работами на строительстве МГУ, пишет:

«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»[132].

Применение башенных кранов УБК для установки арматуры фундаментной плиты на строительстве высотного здания

Бетонирование стен фундаментов гостиницы на Дорогомиловской набережной при помощи крана УБК-5-49 и бадей-бункеров

На строительной площадке МГУ земляные работы были начаты в январе 1949 года, и для возможности разработки мерзлого грунта применялось рыхление взрывным способом. Взрывные работы производились методом котловых шпуров. Глубина заложения заряда была принята 1,5–1,6 м. Шпуры располагались друг от друга на расстоянии равном их глубине. Метеорологические условия в период производства земляных работ были исключительно неблагоприятные. По данным близлежащей метеорологической станции, за июнь и июль 1949 года выпало почти 50 % среднегодовой нормы осадков. Котлован главного корпуса имел в плане сложную форму с извилистым контуром. Встречая на своем пути обнаженный откос, грунтовые воды создавали гидродинамическое давление в суглинках и глинах, направленное внутрь котлована, что снижало устойчивость откосов. Имевшие место в мае – июне ливни усилили неблагоприятное воздействие верховодки, и на откосах действительно наблюдались оползания. Дальнейшая потеря устойчивости откосов была ликвидирована своевременно принятыми дополнительными мерами по отводу поверхностных вод, и целесообразность принятого решения о назначении откосам крутого уклона 1:0,5 в целом оправдалась[133].

И все-таки, что же послужило основой для байки о жидком азоте? Действительно, при устройстве фундаментов высотных зданий инженерам приходилось иметь дело с водонасыщенными грунтами. Для разных зданий проблема отвода грунтовых вод решалась по-разному. Надо сказать, что практически все высотные здания были расположены на естественном основании. Исключением являлась только гостиница на Комсомольской площади – под этим зданием впервые в советской строительной практике было устроено искусственное свайное основание, осуществленное способом вибронабивки. С поверхности в грунт забивались большие металлические трубы, имевшие чугунный наконечник. Когда труба доходила до прочного несущего грунта, забивка прекращалась, в трубу вставлялся арматурный 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 обратными 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[134].

Общее количество вибронабивных свай на данном строительстве составило 1400 ед.[135] Скважины располагались на расстоянии 1,5 м друг от друга. Каждая забивавшаяся обсадная труба имела длину 9–9,5 м и диаметр 420 мм. Труба состояла из отдельных сваренных между собой звеньев, усиленных в местах сварки муфтами. На изготовление одной такой сваи уходило около двух часов. Проведенные испытания набивных свай показали, что их несущая способность равна, а в ряде случаев даже выше, чем забивных свай того же сечения. Важной особенностью приведенного способа изготовления набивных свай оказалась сравнительно низкая стоимость и сокращение сроков производства работ[136].

Виброкопер оснащен стальной трубой (1), паровым молотом (2), серьгами (3) и консолью с блоком (4) наверху. Передвигается он по каткам из стальных труб (5)

Вибросваи изготавливались специальными виброкопрами, с помощью которых осуществлялся весь комплекс механизированных работ: образование скважин в грунте, установка арматуры, бетонирование сваи с уплотнением бетона. Паровой молот виброкопра был приспособлен для ударов, направленных как вниз, так и вверх, причем сила ударов регулировалась. Трубы извлекались из грунта ударами молота вверх с помощью серег, надеваемых одновременно на трубу и молот. Консоль с блоком использовалась для подачи и установки арматуры и для подъема бадей с бетоном. Бетон подвозился непосредственно к виброкопрам на автомашине в бадьях с открывающимися днищами, бадьи снимались и поднимались над трубой при помощи лебедок виброкопра, так же как и при выполнении операций, связанных с укладкой арматурного каркаса в трубу. Процесс забивки вибросвай состоял из следующих операций. Над точкой, определяющей положение очередной сваи в плане, устанавливали копер, на трубу надевали наконечник (башмак), закрывавший нижнее отверстие трубы; чтобы соединение было плотным и в трубу не проникала грунтовая вода, применялась пеньковая обмотка. Затем труба молотом забивалась в грунт до проектной отметки, после чего молот поднимался и в трубу заводили арматурный каркас. Через специальную съемную воронку труба заполнялась бетоном из бадьи в один прием. Затем молот опускался на трубу, устанавливались серьги и труба извлекалась ударами молота попеременно вверх и вниз, причем сила ударов регулировалась так, чтобы вверх труба подвигалась вдвое больше, чем вниз. При первых ударах молота наконечник под давлением бетона отрывался от трубы, оставаясь на дне и образуя острие сваи[137].

На строительстве высотного здания на Комсомольской площади процесс забивки свай имел ряд особенностей. В условиях сжатых сроков строительства свайные работы стали вестись здесь еще до начала выемки котлована (с поверхности земли) одновременно со шпунтовым ограждением его. Дело в том, что уровень грунтовых вод держался на 4 м выше проектных отметок головок свай. Поэтому фактически трубу забивали на глубину около 15 м и заполняли бетоном не доверху, а на 10–10,5 м, то есть на проектную длину свай плюс некоторый запас на возможное повреждение головок. Оставшуюся незаполненной верхнюю часть трубы засыпали песком таким образом, что после извлечения трубы головка изготовленной сваи находилась на 4 м ниже уровня грунтовых вод, а столб песка над ней доходил до поверхности. Когда же шпунтовое ограждение и значительная часть свайного поля были закончены, началась выемка котлована, что позволило в итоге осуществить работы по выемке котлована и созданию свайного основания в сжатые сроки[138].

Для ограждения котлована от грунтовых вод и для укрепления его стен по контуру был забит металлический шпунт, низ которого был заглублен в слой водонепроницаемых глин. Для сбора грунтовых вод вдоль шпунтового ограждения по всему периметру котлована устроили временные водоотливные канавы, внутренние стенки которых крепились досками и распорками. Вода из канав откачивалась насосами. На спланированном дне котлована был устроен дренирующий слой толщиной 350 мм из крупнозернистого песка, по которому между сваями была уложена бетонная подготовка толщиной 80 мм. По сваям положили бетонный ростверк толщиной 400 мм, армированный двойной сеткой, в него заделывалась арматура свай. Ростверк оказался на 6 м ниже уровня грунтовых вод.

Последовательность производства работ по устройству набивных свай. Схема

Поверх ростверка укладывалось многослойное гидроизоляционное покрытие – сначала выравнивающий слой асфальта толщиной 20 мм, поверх него наклеивался ковер из пяти слоев рулонного гидроизоляционного материала: в первом и пятом рядах – металлоизола, во втором, третьем и четвертом рядах – гидроизола. Наклейка горизонтального ковра производилась горячей битумной мастикой. Каждый слой после наклеивания проверялся простукиванием, при наличии отставших мест материал разрезался и проклеивался заново, поверх разреза наклеивался дополнительный кусок рулонного материала.

Для наклейки вертикальной гидроизоляции по периметру котлована была выложена стенка из бетонных кирпичей размером 400 х 200 х 200 мм, оштукатуренная с внутренней стороны цементным раствором. По штукатурке стенку огрунтовали битумным раствором и оклеили ковром из двух слоев металлоизола и трех слоев гидроизола. Верхняя часть защитной стенки не проклеивалась клебемассой, свободные концы гидроизоляционного материала в последующем наклеивались на стены фундамента и позволяли продолжить по этим стенам гидроизоляционный ковер на отметках выше грунтовых вод[139].

Аналогичным образом устраивалась гидроизоляция фундаментов других высотных зданий. Например, в случае с фундаментом дома на Смоленской площади поверх бетонной подготовки укладывался слой асфальта толщиной 25 мм, на который клеились три слоя гидроизола. Понятно, что степень серьезности требований, предъявляемых к гидроизолирующему покрытию, диктовалась прежде всего степенью влагонасыщенности грунта в каждом конкретном случае.

Работы по устройству основания под высотное здание на Дорогомиловской набережной были организованы иначе. Рядом текла река, фундамент предстояло заложить в сложных условиях, и обычной откачкой воды грунт все равно не удалось бы обезводить настолько, чтобы котлован оставался сухим. И на строительной площадке был применен новый способ так называемого иглофильтрового водопонижения.

Иглофильтр – это металлическая труба диаметром 38–50 м и длиной 1–1,2 м. Стенки трубы имеют большое количество круглых отверстий. Труба обматывается двумя защитными сетками – 3 мм и 0,3 мм. Внизу на иглофильтровую 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 5–7 атмосфер, отжимает шарик книзу и промывает скважину для погружения иглофильтра. Снабженный зубчатым фрезом иглофильтр легко идет вниз все глубже до тех пор, пока на поверхности не останется оголовник трубы. В итоге котлован на строи тельной площадке получается как бы огорожен подземным трубчатым частоколом, расстояние между «кольями» которого может колебаться в пределах нескольких метров. К оголовнику каждого иглофильтра присоединялось трубчатое колено, а оно, в свою очередь, к водосборному кольцевому трубопроводу диаметром 100–200 мм. Таким образом, на каждый насосный агрегат установки могло приходиться до 100 и более иглофильтров.

Устройство и принцип работы иглофильтра. Схема

Размещение водосборного трубопровода на осушаемом участке. Схема

При включении насоса резиновые шарики в стаканах иглофильтров подбрасывались вверх и как пробки затыкали нижний срез трубы. А вода, просачиваясь сначала через защитные фильтрующие сетки, а потом через отверстия в стенках иглофильтров, перегонялась в водосборный коллектор и удалялась из осушаемого контура[140]. Все оборудование глубинных иглофильтров изготавливалось на заводе треста «Бурводстрой».

Зачистка дна котлована и бетонирование плиты фундамента высотного здания в сухом котлован е под защитой иглофильтров

На строительстве в Дорогомилове перед строителями была поставлена задача: произвести выемку котлована размером в плане 95 х 93 м с применением для водопонижения иглофильтров. Другие способы производства работ – замораживание, устройство свайного основания, трубчатых фильтрационных колодцев – не были приняты ввиду сложности и длительности производства работ. В связи со значительным заглублением фундаментов на глубину до 11 м (6 м ниже уровня грунтовых вод) было применено водопонижение при помощи двухъярусного расположения иглофильтров. Верхний ярус, состоящий из 505 иглофильтров водосборного коллектора длиной 318 м и трех насосных станций, был расположен на глубине 4,5 м в траншее, вырытой экскаваторами по контуру котлована. Расстояние между иглофильтрами равнялось 0,6 м. Включение в работу системы водопонижения первого яруса дало возможность производить разработку котлована на глубину до 8,5 м в осушенном грунте. На этой глубине был смонтирован второй ярус, состоявший из 357 иглофильтров и водосборного коллектора длиной 260 м. Расстояние между иглофильтрами второго яруса колебалось в пределах от 0,6 до 1,2 м. Включение в работу системы водопонижения второго яруса обеспечило в течение шести дней понижение уровня грунтовых вод еще примерно на 3,8 м, что на 1,8 м ниже проектной отметки заложения фундамента. Теперь уже все работы по устройству основания производились обычным способом[141].

Котлован огражден подземным частоколом иглофильтров, присоединенных к общему водосборному коллектору. 1949 г.

Охлаждающий контур для заморозки плывунных грунтов. 1950 г.

Всего было смонтировано 5 насосных установок (с учетом резерва) на первом ярусе водопонижения и 6 (также с учетом резерва) – на втором ярусе. Насосные агрегаты располагались в деревянных будках. Всасывающие коллекторы проходили по периметру котлована (четырехстороннее, кольцевое водопонижение); насосные установки были оборудованы задвижками – на случай выхода из строя одного из насосов. Работы по откачке воды производились непрерывно. Вследствие понижения уровня грунтовых вод грунт основания уплотнился, что улучшило его строительные качества. После того как была готова гидроизоляция всех подземных сооружений высотного здания, иглофильтры отключили. Гидроизоляция фундамента выполнялась по той же схеме, что и на Комсомольской площади, с той разницей, что вместо трех слоев гидроизола (между двумя слоями металлоизола) было уложено только два.

Однако самый уникальный для своего времени способ устройства основания высотного здания применялся на площади у Красных Ворот. По технической смелости и инженерному искусству мировая строительная практика не знала, очевидно, аналогичного примера. Под южной частью правого крыла здания было нужно устроить два эскалаторных хода, которые бы обеспечивали второй выход из построенной еще в 1935 году станции метрополитена «Красные Ворота», при этом пол промежуточного поворотного вестибюля следовало заложить на 16 м ниже подошвы фундамента здания в толще водонасыщенных плывунных грунтов. Обычно в строительной практике при таком стечении обстоятельств выполняются сначала подземные работы, и только после стабилизации основания начинается возведение надземной части здания. Работу по бетонированию двух эскалаторных ходов и футляра вестибюля можно было бы осуществить в спокойных условиях за 1–1,5 года, однако у инженеров и строителей этого времени не было: постановление правительства предписывало завершить постройку московских высотных зданий в 1952 год у.

Было принято решение заключить промежуточный вестибюль в жесткий шестигранный «стакан» размером 21,1 х 30,2 м. Сверху «стакан» перекрывался железобетонной коробчатой конструкцией высотой 5,1 м, имевшей два мощных консольных выступа 1 3,45 и 6,37 м, устройство которых позволяло избежать дробления правого крыла административной части здания на объемы с разнозаглубленными фундаментами. «Стакан» и лежащую на нем плиту с консолями под эскалаторные ходы необходимо было возводить не задерживая хода работ на высотной части здания. Учитывая жесткие сроки, а также 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, используя 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 длиной около 27 м. ПО скважин потребовалось 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 морозильной станции с двумя аммиачными компрессорами. В трубах циркулировал рассол хлористого кальция, его температура колебалась от -20 °C до -26 °C[142].

Подготовку ледогрунтовой конструкции осуществляла контора спецработ Метростроя, начальником которой являлся Яков Абрамович Дорман. Поначалу предложенный Я.А. Дорманом способ отказаться от крепления котлована расстрелами вызвал недоверие у многих скептиков. Метод, за который Я.А. Дорману вместе с профессором Н.Г. Трупаком в 1946 году была присуждена Сталинская премия, был обоснован глубокими теоретическими исследованиями и опытными работами. Тем не менее Я.А. Дорману, расчетам которого не поверили, пришлось буквально месяц дневать и ночевать внизу котлована, пока вязались арматурные каркасы днища и стен будущего вестибюля и устраивалось железобетонное перекрытие.

Замораживающая колонка. Схема

Скважины располагались вокруг котлована по двум концентрическим окружностям с расстоянием между ними 3 м. По внутренней окружности скважины были удалены друг от друга на 1,25 м, а по внешней – на 1,5 м. Контрольные скважины, используемые для наблюдения за температурой замораживаемых грунтов, располагались между рядами основных скважин. Глубина скважин была принята из расчета заглубления на 2–3 м в плотные глины. Замораживающие колонки конструктивно состояли из цельнотянутых стальных труб диаметром 100 мм, отдельные звенья которых соединялись между собой муфтами, в своей нижней части колонка заканчивалась глухим сварным конусом. Проходя по трубам прямого коллектора, охлаждающий раствор попадал в колонку, отдавал холод грунту и по обратному коллектору вновь поступал в баки-испарители. При этом разность температур раствора на входе в колонку и на выходе из нее составляла 1–1,5 °C. За три месяца интенсивного замораживания была создана ограждающая стенка толщиной 6–7 м[143].

Замораживающая установка на базе аммиачных компрессоров. Схема

Весной и летом 1950 года на строительной площадке можно было наблюдать необычную картину: каркас высотного корпуса, возведенный на высоту 80 м, стоял на бровке котлована в 1200 м² с вертикальными стенками глубиной почти 24 м! Котлован был пройден в плывунах и не имел никаких внутренних креплений! Ограждающей конструкцией котлована являлись «ледовые» стены, образованные из замороженного грунта. И казалось, никто на стройплощадке не опасался, что котлован обрушится и вслед за ним рухнут конструкции высотного здания: промороженные, оледенелые стенки были тверды как камень. От лучей теплого весеннего солнца их укрыли слоем толстого брезента. 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 пучения замороженного грунта край фундамента со стороны вестибюля должен был подниматься, в то время как другой его край под возрастающим давлением железобетонных конструкций должен был давать осадку[144].

Ледогрунтовая конструкция, поворотный вестибюль и плита перекрыти я в основании высотного здания на площади у Красных Ворот. Трехмерная реконструкция. Инфографика Игоря Романенко[145]

Сложнейшие расчеты, выполненные главным инженером строительства В.М. Абрамовым, показывали, что максимальное значение подъема фундамента высотной части составит 50 мм, а общий перекос с учетом последующих осадок по диагонали длиной 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. Эта величина послужила основой для вычисления задаваемых отклонений колонн каждого яруса от вертикали и допускаемой при этом точности монтажа, требования к которой были предъявлены очень высокие. Было принято беспрецедентное в практике строительства сооружений подобного рода решение – вести монтаж колонн каркаса центральной части здания с заданным наклоном в противоположную сторону. Графиком производства работ активное замораживание было предусмотрено вести до 15 марта 1950 года. 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 с помощью пара до +70°. Это позволило управлять процессом посадки фундамента в течение 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 наклон не вышел за пределы допустимого[146].

Процесс стабилизации основания высотного здания занял не один десяток лет. Однако еще в начале 1951 года проводившиеся наблюдения не оставили поводов для сомнений во вполне удовлетворительном ходе этого процесса. Уверенность в надежности сооружения позволила представить на соискание Сталинской премии его авторов: Я.А. Дормана (руководителя разработки), В.М. Абрамова, А. П. Кулакова и других. Выдвижение было поддержано отзывами авторитетных ученых и инженеров. В комитете по Сталинским премиям рассмотрение вопроса сочли преждевременным, отложив его до окончания строительства здания. В 1953 году решением правительственной комиссии административная часть комплекса была принята в эксплуатацию. Последовало и новое представление на премию, но после 1953 г ода премии имени вождя уже не присуждались. А позже, когда в обществе р езко изменилось отношение к эпохе Сталина, о признании заслуг авторского коллектива говорить уже не приходилось.

Сегодня, проходя по вестибюлю станции метро «Красные Ворота» и ступая на ступени эскалатора, мы не должны забывать, что именно здесь в середине XX века советскими инженерами, ценой их невероятной технической смелости и ответственности, была одержана одна из выдающихся побед в истории строительной техники[147].

Оглавление книги