Строительство на сложных грунтах: как НТС снимает риски на вечной мерзлоте, карсте и просадочных грунтах

Из трёх площадок, которые в этом году приносили нам на предпроектную оценку, ни одна не была простой: склад на лёссовидных суглинках под Новосибирском, компрессорная станция на многолетнемёрзлых грунтах в Якутии и производственный корпус на закарстованных известняках. Объединяло их одно — заказчик уже имел на руках отчёт по изысканиям «по минимуму» и удивлялся, почему проектировщик отказывается брать на себя ответственность за фундаменты без дополнительных исследований.

Причина в том, что на сложных грунтах обычная цепочка «изыскания — проект — экспертиза — стройка» не работает: грунт ведёт себя нелинейно, во времени и в зависимости от того, как именно вы строите. Мерзлота оттаивает от тепла здания, карстовая полость раскрывается через десять лет после сдачи, просадочный суглинок «садится» на полметра после первой аварии водопровода. Своды правил для таких случаев прямо требуют научно-технического сопровождения — и в этой статье разберём, что оно включает и что даёт заказчику.

Какие площадки нормы считают сложными

Формальный критерий задаёт СП 47.13330.2016 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения» (приказ Минстроя России от 30.12.2016 № 1033/пр): приложение Г делит инженерно-геологические условия на три категории сложности, и III категория — это как раз площадки со специфическими грунтами, широким развитием опасных геологических процессов и многолетнемёрзлыми грунтами. СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» добавляет второе измерение — геотехническую категорию объекта, которая учитывает и сложность грунтов, и уровень ответственности сооружения. Для геотехнической категории 3 раздел 4 СП 22 требует научно-технического сопровождения проектирования оснований и фундаментов и геотехнического мониторинга.

Свод правил по самому НТС — СП 539.1325800.2024 (приказ Минстроя от 27.05.2024 № 353/пр, действует с 28 июня 2024 года) — в пункте 1.1 называет площадки со сложными инженерно-геологическими условиями отдельным основанием для сопровождения, наравне с уникальными объектами и сооружениями класса КС-3 по ГОСТ 27751-2014. Иными словами, для сложных грунтов НТС нужно не потому, что объект высокий или опасный, а потому, что сложен сам грунт.

Многолетнемёрзлые грунты: принцип выбирают один раз

Проектирование на мерзлоте регулирует СП 25.13330.2020 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах», утверждённый приказом Минстроя от 30.12.2020 № 915/пр. Ключевое решение, которое принимается в разделе 6.1 и определяет всё остальное, — принцип использования грунтов основания:

• принцип I — грунты используются в мёрзлом состоянии, которое сохраняется на весь период строительства и эксплуатации: проветриваемые подполья, охлаждающие устройства, свайные фундаменты с заделкой в мёрзлый массив;
• принцип II — грунты используются в оттаянном или оттаивающем состоянии: либо их предварительно оттаивают на расчётную глубину до начала строительства, либо допускают оттаивание в период эксплуатации и рассчитывают фундаменты на соответствующие осадки.

Ошибка в выборе принципа или смешение принципов в пределах одной площадки — самая дорогая ошибка северного строительства. Здание, спроектированное по принципу I, но эксплуатируемое с тёплым подпольем, забитым снегом и утечками из сетей, оттаивает основание и получает неравномерные осадки, которые ничем не компенсировать. Поэтому СП 25 требует теплотехнического прогноза изменения температурного поля грунтов на период эксплуатации и организации наблюдений за температурным режимом основания.

Инструмент таких наблюдений — термометрические скважины и измерения по ГОСТ 25358-2020 «Грунты. Метод полевого определения температуры» (действует с 1 июня 2021 года): скважины диаметром не более 90 мм, термометрические косы с логгерами и дистанционной передачей данных. Организация НТС сопоставляет фактические температуры с расчётным прогнозом каждый сезон и успевает предложить меры — усиление охлаждения, ремонт гидроизоляции, изменение режима подполья — до того, как осадки станут видны на стенах.

Карст и суффозия: три документа и одна логика

Закарстованные территории описаны сразу в трёх сводах правил. Базовые положения инженерной защиты даёт СП 116.13330.2012 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов» (приказ Минрегиона России от 30.06.2012 № 274, действует с 1 января 2013 года): он определяет карст как комплексный процесс растворения пород с образованием пустот, оседаний и провалов, а карстово-суффозионные процессы — как взаимосвязанное развитие карста и выноса частиц подземными водами. Территории ранжируются по категориям устойчивости — по интенсивности провалообразования и по средним диаметрам провалов, — и от категории зависит, что вообще можно строить и какими мероприятиями защищать.

Раздел 6.12 СП 22.13330.2016 задаёт особенности проектирования оснований на закарстованных территориях, а специализированный СП 499.1325800.2021 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от карстово-суффозионных процессов. Правила проектирования» (приказ Минстроя от 02.03.2021 № 105/пр) детализирует противокарстовые мероприятия: планировочные, водозащитные, геотехнические (тампонаж полостей, закрепление грунтов), конструктивные (фундаменты, рассчитанные на образование провала заданного диаметра под любой точкой здания) и эксплуатационные, включая мониторинг.

Что здесь делает НТС? Карст — процесс с огромной неопределённостью: скважины стандартной сетки легко «промахиваются» мимо полости. Сопровождение обосновывает дополнительный объём изысканий, включая геофизику (электроразведку, сейсморазведку, георадар) и бурение по уточнённой сетке, а затем рассчитывает расчётный диаметр провала и моделирует работу фундамента при его образовании. Без этого расчёта конструктор либо перезакладывает плиту в два раза, либо не закладывает вовсе.

Просадочные и набухающие грунты: главный враг — вода

Для Западной Сибири и юга России это самый массовый случай сложных условий. По разделу 6.1 СП 22.13330.2016 грунтовые условия по просадочности делятся на два типа: тип I — просадка от собственного веса при замачивании не превышает 5 см, тип II — превышает 5 см. Во втором случае здание может «сесть» на десятки сантиметров без всякой нагрузки от самого сооружения — достаточно утечки из теплотрассы или подъёма грунтовых вод после застройки соседних кварталов. Набухающие грунты (раздел 6.2 СП 22) работают в обратную сторону: при увлажнении поднимают фундаменты, при высыхании дают усадку.

Проектные решения известны — устранение просадочных свойств уплотнением или закреплением, прорезка просадочной толщи сваями, водозащитные мероприятия, конструктивные меры по повышению жёсткости здания. Проблема в исходных данных: лабораторная относительная просадочность на образцах и реальная просадка массива расходятся в разы. Поэтому на объектах с II типом грунтовых условий НТС включает опытные работы: опытное замачивание котлована с наблюдением за поверхностными и глубинными марками, статические испытания свай с замачиванием, штамповые испытания. Только по их результатам можно достоверно назначить расчётные характеристики и не переплатить за сваи длиной 20 метров там, где хватило бы уплотнения.

Состав НТС на сложной площадке

Свод правил СП 539 разводит сопровождение по этапам, и для сложных грунтов на каждом этапе есть конкретное содержание.

Условия	Ключевой риск	Что делает организация НТС
Многолетнемёрзлые грунты	Оттаивание основания и неравномерные осадки	Теплотехническое моделирование на период эксплуатации, обоснование принципа I или II, программа термометрического мониторинга, анализ данных по сезонам
Карст и суффозия	Провал или оседание под фундаментом	Обоснование объёма геофизики и бурения, оценка категории устойчивости, расчёт диаметра провала, моделирование фундамента с выключенной опорой, мониторинг режима подземных вод
Просадочные и набухающие грунты	Просадка или подъём при замачивании	Опытное замачивание, испытания свай и штампов, численный расчёт системы «основание — фундамент — сооружение» на сценарии замачивания, контроль водозащитных мероприятий

Общее ядро для всех трёх случаев — четыре блока работ. Дополнительные изыскания: НТС согласует программу изысканий и оценивает достаточность полученных данных (раздел 8 СП 539), добиваясь, чтобы для нестандартных характеристик грунта были поставлены нестандартные испытания. Численное моделирование: расчёт системы «основание — фундамент — сооружение» в геотехническом программном комплексе с нелинейными моделями грунта и в альтернативном комплексе для верификации (раздел 9). Опытные работы: испытания свай, опытное замачивание, опытное оттаивание или замораживание, полевые испытания штампом — то, что превращает предположения в измеренные величины. Мониторинг по СП 305.1325800.2017 и СП 25: температура грунтов, осадки, уровень подземных вод, деформации соседней застройки, с предельными значениями и порядком действий при их превышении.

На простой площадке НТС проверяет проектировщика. На сложной — оно добывает данные, без которых проектировщику вообще нечего проверять.

Как заказчику организовать НТС на сложных грунтах

1. Ещё до заказа изысканий запросите оценку категории сложности инженерно-геологических условий по приложению Г СП 47.13330.2016 и предварительную геотехническую категорию объекта. Если это III категория условий или геотехническая категория 3 — закладывайте НТС в задание на изыскания, а не на стадию проекта.
2. Согласуйте программу изысканий с организацией НТС: для мерзлоты — термометрические скважины и прогноз на период эксплуатации, для карста — геофизика и бурение по уточнённой сетке, для просадочных грунтов — опытное замачивание и испытания свай.
3. Требуйте в составе проекта численную модель основания и альтернативный расчёт: два независимых результата, сходящиеся с приемлемой точностью, — лучший аргумент для экспертизы.
4. Зафиксируйте в проекте программу мониторинга с предельными значениями и ответственным за анализ, а для мерзлоты — режим эксплуатации подполья и охлаждающих устройств как обязательную часть документации.
5. Не сворачивайте сопровождение после сдачи объекта: температурный режим мерзлоты и режим подземных вод на карсте стабилизируются годами, и первые два–три года эксплуатации — самое важное время для наблюдений.

НПИ «Недра» выполняет научно-техническое сопровождение изысканий, проектирования и строительства на сложных грунтах Сибири и Севера: обосновываем состав дополнительных изысканий, ведём численное геотехническое и теплотехническое моделирование, организуем опытные работы и испытания грунтов в собственной научно-испытательной лаборатории, разрабатываем и ведём программы мониторинга. Если ваша площадка — мерзлота, карст или просадочные суглинки, оставьте заявку в форме ниже: оценим риски и предложим состав сопровождения до того, как они превратятся в стоимость переделок.

Фото: USDAgov, Flickr, CC BY 2.0