№ 10 (3758), 28 июня 2007 года
главная | оглавление | <... | ...>	выпускники

Прививка вибрации

В 1990-е годы на Петроградской стороне напротив пожарной станции XVIII века начали строить элитный дом. Вырыли котлован и стали откачивать воду вместе с грунтово-глиняной пульпой. Откачали столько, что осел весь микрорайон: и Нахимовское училище, и все окружающие здания «украсили» свежие осадочные трещины. Пожарная станция устояла, а более новое здание, стоявшее рядом с котлованом, развалилось на две части, и его пришлось отстраивать заново.

Сергей Николаевич Савин

Для предотвращения таких ситуаций строители обращаются к специалистам — например, в Научно-исследовательский центр в Соляном городке. Одним из ведущих научных сотрудников этого учреждения является выпускник Университета С.Н.САВИН, доктор технических наук, автор четырёх изобретений и около 100 научных работ. В настоящее время он занимается вопросами оценки сейсмостойкости зданий и сооружений, обследуя военные и гражданские объекты по всей России, от Камчатки до Северного Кавказа. Эксперт согласился рассказать нам о себе и своей работе.

Дяди играют в кораблики

— Сергей Николаевич, напомните историю вашего учреждения.

— Здание Центра было построено в XIX веке для Императорской сельскохозяйственной выставки. В то время на месте нынешнего бассейна для моделирования гидротехнических сооружений и волновых процессов был своего рода ангар, в котором стояла сельскохозяйственная техника. После войны (до 1949) в этих помещениях находился Музей обороны Ленинграда; экспериментальную лабораторию организовали позднее, когда музей разогнали. Формально наш институт родился в 1938, когда нарком обороны СССР подписал приказ о создании Научно-исследовательской аэродромной станции, располагавшейся тогда в другом месте.

— Институт исследовал военные объекты?

— Да, например главное здание Адмиралтейства, в котором располагалось военно-морское училище. В своё время по просьбе командующего мы проводили инструментальное обследование шпиля, поскольку визуально фиксировались отклонения его от вертикали. Причиной мог стать имеющийся со времен войны подземный командный пункт. Но существенных нарушений в характеристиках конструкций обнаружено не было. Хотя опыт показывает, что любое вмешательство в подземный мир кончается довольно плохо.

— Почему же командный пункт появился под исторически ценным зданием?

— Там располагались морские военные организации, которые надо было спасти от бомбёжек, обеспечив бесперебойное командование флотом. Иначе от Ленинграда вряд ли бы вообще что-то осталось: немцы бы его просто снесли. Надо было выжить, поэтому тогда на многие вещи смотрели более мягко. Тогда, например, был нанесён невосполнимый урон озеру Байкал. Редчайшую рыбу (для того, чтобы снабжать армию) вылавливали в таких количествах, что биологический баланс не восстановлен до сих пор. И это только единичный пример.

— Что происходило после войны?

— Постановлением Совмина СССР в 1946 на базе станции был сформирован Научно-исследовательский аэродромный институт ВВС. Затем в 1961 на основе трёх учреждений был создан НИИ ВМФ. Всё это произошло до моего прихода в организацию.

Учился я в ЛГУ на физическом факультете (поступил в 1971 году, закончил в 1977), специализировался в области сейсмологии. Под руководством профессора Татьяны Борисовны Яновской написал дипломную работу «Добротность верхней мантии Средней Азии». Наш выпуск, кстати, был первым, который полностью проучился в Петергофе, первым начал осваивать совершенно новые здания.

Мне как ленинградцу общежития не давали, поэтому я каждый день ездил: полтора часа туда, полтора обратно. С первого курса до шестого, пять с половиной лет. Недавно мы собирались по случаю 30-летия окончания Университета в Студенческом клубе — больше 100 человек.

Ленинградцев, как правило, оставляли при распределении в родном городе. После диплома я два с половиной года работал в ВИРГе (Всесоюзном институте разведочной геофизики), где занимался рудной сейсморазведкой. Это был довольно известный институт, искавший с помощью геофизических методов рудные и нерудные полезные ископаемые, в том числе алмазы в кимберлитовых трубках. Сотрудники института постоянно работали в экспедициях, поэтому каждое лето я проводил то в Якутии, то в Магаданской области. Как раз в Якутии мы искали (и находили) эти трубки с алмазами. В ВИРГе, кстати, работал бард Юрий Кукин. Так что меня окружала сплошная романтика.

Потом Министерство геологии предоставило мне место в целевой аспирантуре ЛГУ на кафедре физики Земли. Но, к сожалению, когда пришло разрешение, у меня уже была на руках подписанная повестка в военкомат. Я опоздал буквально на две-три недели. Это место я отдал другому студенту, и больше на кафедру не вернулся. Служил я офицером в отдельном разведывательном батальоне Прикарпатского военного округа.

После армии я узнал о НИИ ВМФ, где мы сейчас беседуем. По тем временам Центр считался элитной военной организацией с довольно лёгкой для офицеров службой за вполне приличные деньги. Если за два года в армии я почти ни разу не снял сапог, то здесь было два выходных в неделю, народ в наряды ходил раз в месяц. Сначала я хотел просто перевестись сюда, чтобы остаться военным, но не получилось. Я уволился из армии, и меня приняли в Центр в качестве служащего Советской Армии. Здесь занимались вопросами по моей специальности (у Т.Б.Яновской я тоже изучал прохождение волн через грунты), только в Университете я решал глобальные вопросы, например прохождение волн через мантию, а тут стояли локальные задачи.

Помню, как строили станцию «Площадь Мужества». Одно из зданий, стоявших над тоннелем, частично ушло под землю, так что скрыть данные об аварии оказалось довольно трудно. Зато во всех остальных случаях информация осталась секретной. Сейчас, думаю, на площади опасности нет. В 1995-2004 годах строители просто обошли линию размыва со старым руслом Невы. Это стоило очень дорого. Коллеги из соседнего отдела нашего Центра временами ведут наблюдения за новым тоннелем, используя современные методы технической диагностики. Они занимались этим тоннелем, ещё когда станция закрывалась, и сейчас их привлекают для того, чтобы контролировать состояние конструкций.

— Как влияет на экологию намыв грунта со дна Финского залива?

— Это надо смотреть, моделировать. Я думаю, что если такие процессы заранее нормально просчитывает хороший специалист, учитывая все факторы, ситуация вполне поддаётся прогнозу. Всегда можно внести в проект коррективы, чтобы сделать его максимально щадящим. Когда-то «зелёные» осуждали дамбу; но она была настолько хорошо спроектирована, что даже в недостроенном состоянии не принесла большого ущерба. Просто нужно ко всему подходить грамотно, чтобы за дело брались опытные люди. Последний проект Южного участка дамбы предполагает, что между Кронштадтом и Бронкой пророют тоннель. Это пусть и самая дорогая, но зато и самая щадящая технология. Мы вообще не вмешаемся никак в движение воды, и никаких нарушений не будет.

ТЕОРИЯ МЕЛКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Подробности нашей технологии можно найти в статье, опубликованной в журнале «СтройПРОФИль» №1 (55) 2007 (с. 116-117). Вместе со мной её писал Н.И.Шевченко, кандидат технических наук, заведующий технической группой строительного мониторинга при Русском музее. Основные же положения её таковы. Существует несколько подходов к проблеме безопасной эксплуатации старинных зданий и сооружений, особенно исторических памятников, дворцов и музеев. Это и создание благоприятных условий для изоляции от внешних воздействий, и мониторинг, позволяющий предотвратить накопление повреждений, способных привести к аварии. Перспективной считается диагностика с определением динамических характеристик объекта, оцениваемых при анализе его микроколебаний (от долей миллиметра до нескольких миллиметров). Такая диагностика давно известна, однако до сих пор её применение ограничивалось возможностями регистрирующей аппаратуры и датчиков, а также уровнем программ обработки получаемого сигнала. Современные датчики высокой чувствительности (от 100 мВ/(м/кв. сек)) позволяют регистрировать колебания здания, интенсивность которых сравнима с фоновой от природных микросейсм. Мы определяем динамические характеристики зданий, возбуждая их свободные колебания внешней импульсной нагрузкой. Наша диагностика позволяет интерпретировать результаты как непосредственно, так и с использованием математической модели сооружения. Обычно такую модель строят по исходным данным, взятым из проекта, с использованием метода конечных элементов. Процедура «модального анализа» позволяет получить соответствующие построенной модели частоты и формы колебаний. Именно их значения и являются предметом анализа и сравнения с фактически полученными при технической диагностике. Так появляется возможность сравнить модель и реальный объект по основным параметрам, а затем, изменяя характеристики модели, создать из неё объект, адекватный реальному. В дальнейшем эта адаптированная модель может быть использована и для мониторинга, и для моделирования, например, воздействия на конструкцию внешних вибраций или статических нагрузок. Для зданий, подвергающихся воздействиям при уплотнительном строительстве, есть обоснованные требования по предельным внешним нагрузкам; они прописаны в ТСН и довольно строго соблюдаются застройщиками. Однако для исторических памятников ограничиться только выполнением этих норм было бы весьма рискованно. Необходимо применять несколько системных подходов для оценки воздействий от уплотнительной застройки, транспорта, ветра и разных шумов. Для этого необходимо просчитать влияние на адаптированную модель различных воздействий (не только сейсмических — резкий перепад температур также весьма опасен) и определить порог амплитуд, при котором появляется опасность. А далее надо организовать мониторинг объекта, чтобы фиксировать вибрации, скачки температур или низкочастотные шумы, превышающие пороговые значения. Однако такой подход опасен тем, что модель не всегда может учесть «неочевидные факторы», такие, например, как накопление повреждений и внезапный отказ того или иного элемента конструкций. Поэтому для зданий, имеющих солидный возраст и значительную ценность, следует вести комплексный мониторинг, периодически контролируя не только внешние воздействия, но и собственные характеристики объекта обследования. Для этого у нас есть целый комплекс оригинальных методов и технических средств. Наши волновые методы диагностики строительных конструкций основаны на анализе скорости упругих волн различного частотного диапазона. Мы рассматриваем протяженные измерительные сечения (от десятков сантиметров до нескольких метров), что позволяет оценивать несущую способность не просто кирпича или камня, а целого простенка или участка несущей стены. Жёсткостные характеристики материалов можно определять несколькими методами. Метод проходящей волны заключается в возбуждении продольной волны с помощью точечного импульсного источника и в измерении времени пробега этой волны до точки установки приёмника. Метод поверхностной волны заключается в возбуждении волн на поверхности объекта и измерении их фазовой скорости. Основным преимуществом этого метода является возможность испытаний при одностороннем доступе к конструкции; однако он сложен в реализации, так как требует большого числа датчиков и специальных программ для обработки. Остальные методы основаны на сходных принципах и реализуются в зависимости от специфики стоящих задач. При этом используются вполне доступные и относительно недорогие средства и датчики, основанные на отечественных разработках.

— С какими проблемами столкнулся Центр во время перестройки?

— Во-первых, высокопоставленные чиновники претендовали на наше здание в центре города. Второй проблемой была текучка кадров. За границу, по понятным причинам, никого из сотрудников не выпускали, однако несколько человек всё же уехали в Прибалтику и Америку. Вообще же народу ушло очень много; в основном это были молодые офицеры с хорошим образованием, которые уволились из армии и пошли в коммерцию. Старые опытные специалисты постепенно выбывают, а на смену им никто не приходит. И поэтому у нас сейчас относительно много сотрудников старше 50 лет, потом идёт провал, и дальше —
молодые офицеры до 30 лет, но их очень мало.

Выжить оказалось непросто, госзаказы по военной тематике были очень небольшими. Мы переориентировались на гражданское строительство, на вопросы расчёта, проектирования, обследования зданий и сооружений, хотя и продолжаем обеспечивать базирование кораблей ВМФ и защиту стационарных военных объектов от средств поражения. Сейчас наш научно-исследовательский центр является Федеральным государственным предприятием Министерства обороны.

Практика больших колебаний

— Как используется ваша технология на практике?

— Мы оценивали фактическое состояние Спасской башни Новгородского кремля, применяя метод импульсной виброметрии. Нам удалось не только оценить физико-математические характеристики кладки, но и разработать расчётную модель башни, которая адекватна её нынешнему фактическому состоянию. Другим крупным объектом исследований стал Софийский собор в Полоцке. Заказчик попросил нас оценить возможное влияние на его несущие конструкции акустических колебаний при игре органа и внешних динамических воздействиях, к которым мы отнесли сейсмические нагрузки от строительных работ при строительстве моста через реку Двину.

В Петербурге одной из нестандартных задач, которую пришлось решать с помощью методов вибродинамических испытаний, было выявление причин повреждений, возникших в конструкциях нового здания Центрального банка на углу Фонтанки и улицы Ломоносова. Мы оценивали изменённую схему работы древней распорной системы на примере арочного свода костёла святой Екатерины. Определяли волновые характеристики и структуру кирпичных простенков церкви святого Пантелеймона и дома 11/2 по набережной Лейтенанта Шмидта — его планировалось реконструировать под Центральную военно-морскую библиотеку.

В преддверии так и не начавшегося строительства высокоскоростной магистрали «Петербург–Москва» мы просчитали уровень динамических воздействий на комплекс зданий Московского вокзала при вибропогружении шпунта. Измеряли нагрузки на перекрытия цеха Ай-Си-Эн—«Октябрь», вызванные работой технологического оборудования витаминного производства.

— Назовите самые громкие проекты последнего времени.

— Это, например, дом Конверсбанка на берегу Москвы-реки. В Петербурге мы обследовали отдельные здания Эрмитажа, наблюдали влияние реконструкции на перекрытия Инженерного замка. Изучали Александрийскую колонну, арку Главного штаба. Обнаружили довольно большие проблемы у здания бывшего Промстройбанка на Фонтанке. Изучали влияние нового строительства на конструкции наклонного хода станции «Невский проспект». Судя по нашим данным, работы над этим ходом были проведены аккуратно и не оказали негативного влияния на сооружения метрополитена.

Сейчас в сфере нашего внимания оказалось большое количество станций метро, рядом с которыми ведет свое строительство «Адамант», получивший исключительное право строить свои торговые комплексы рядом с вестибюлями метро. Это гостиница «Москва», ресторан «Невский», где усилиями московских и петербургских учёных под руководством Александра Леонидовича Мочалова создана совершенно уникальная конструкция трехэтажного перекрытия, «подвешенного» на сталежелезобетонных предварительно напряженных балках, опирающихся на верхнюю часть стен старого здания. Я думаю, что фирма «Адамант» может служить примером довольно деликатного вмешательства в существующую инфраструктуру города. Хотя в Петербурге настолько сложные гидрогеологические и грунтовые условия, что в любой момент можно ожидать самых невероятных последствий.

— Изменились ли технологии строительства?

— Да, изменения произошли очень сильные. Теперь вместо забивания свай применяют щадящее бурение, различные методы для укрепления грунтов — не только замораживание. Всё можно сделать более-менее безопасно, если вкладываются нормальные деньги и используются передовые технологии.

Новый облик города

— Удастся ли восстановить храм на Сенной площади?

— Конкретно на Сенной всё зависит от денег. Сегодняшние технологии позволяют делать всё, что угодно. Сейчас есть городской закон: если новое здание появляется вблизи старых, мы должны обязательно отслеживать влияние его возведения на соседствующую застройку. Первый этап состоит в том, что перед началом строительства мы фиксируем состояние окружающих зданий. В процессе мы следим за соблюдением норм: ставим датчики на окружающие здания и постоянно ведем измерения интенсивности внешних воздействий. Как только они превышают норму (сваи, например, забивают, или тяжелая техника работает), тут же нужно останавливать работу и принимать меры к тому, чтобы уровень воздействий был снижен.

— Позволяет ли грунт в устье Охты строить здание большой высоты?

— Если имеется в виду проект Газпрома, то там предполагаются сваи такой глубины, что они доходят до твёрдых слоёв грунтов. Это десятки, чуть ли не сотни метров. Поэтому грунтовые условия здесь не оказывают большого влияния. Я беседовал со специалистами, которые сейчас ведут предпроектные исследования. Нам совершенно всё равно, будет башня строиться или нет; главное, что поставлена задача, которую интересно решить саму по себе. Например, нас спрашивали, можем ли посчитать сейсмическую нагрузку на небоскрёб, равную 6 баллам. Если будет такой заказ, мы с удовольствием им займёмся. С точки зрения научных исследований, это грандиозная строительная задача. Как специалист я с восторгом отношусь к проекту: это совершенно уникальное сооружение. И если наша страна в состоянии создавать такие вещи, то ей честь и хвала.

Но как ленинградец и петербуржец я отрицательно отношусь к тому, чтобы облик города менялся. Небоскрёб лучше строить в другом месте, двух мнений тут быть не может. Иначе мы потеряем гораздо больше, чем приобретём. Петербург — уникальный город, единственный, в котором сохранены изначальные принципы петровского градостроения. И будет очень жаль, если конъюнктура всё это погубит. Хотя для города деньги, которые даст Газпром, это манна небесная.

— Можно ли построить новое здание Мариинского театра на месте бывшего ДК Первой пятилетки?

— Снос ДК мне кажется большой ошибкой; было принято волюнтаристское решение. Петербургом должны заниматься местные организации. Сколько ни попадали иностранцы в нашу систему, столько они и проваливались: возьмите хотя бы Пушкинский дом, который делало большое количество фирм. У нас есть свои хорошие специалисты, знающие грунты. Эти люди сейчас в состоянии справиться с любой задачей, поскольку вооружены передовыми технологиями и правильно их применяют. Этих специалистов много. То, что произошло с домом Мурузи, тоже можно было предвидеть; просто не проводилась как следует предпроектная экспертиза. Крайне легкомысленно было убрать столь громадную нагрузку на долгое время и рассчитывать, что это никак не повлияет на рядом стоящие здания. Очевидно, что с этим зданием и не могло произойти ничего другого.

— СПбГУ тоже время от времени реконструируется. Угрожают ли ему аналогичные проблемы?

— Пока наше предприятие занималось только «долгостроем» в Петергофе: мы определяли состояние перекрытий над конференц-залом математико-механического факультета и давали рекомендации по их усилению. Но если пригласите на Васильевский остров, мы с удовольствием посчитаем, сколько ещё лет суждено простоять Университету.  

Иван Шейко-Маленьких

© Журнал «Санкт-Петербургский университет», 1995-2007 Дизайн и сопровождение: Сергей Ушаков