Опыт строительства и эксплуатации ЮТМЗ в Никополе

Строительство Южнотрубного завода в Никополе началось в середине 30-х годов в сложных грунтовых условиях по просадочности.

Площадка ЮТЗ расположена на правом берегу Днепра на расстоянии 2—5 км от него, сложена толщиной 30—40 м чередующихся слоев лессовидных суглинков и лессов [41]. Подстилаются они третичными отложениями песков и на отдельных участках глин, под которыми на глубине 50—75 м от поверхности залегает кристаллический массив.

Уровень грунтовых вод перед началом строительства завода располагался на глубине 32—40 м и, как правило, совпадал с кровлей песков. В последующие годы, главным образом под влиянием Каховского водохранилища, а также утечек воды при эксплуатации завода, он поднялся на глубину 20—28 м от поверхности.

Просадочные свойства лессовых грунтов на площадке расположения завода изменяются как в плане, так и по глубине. Наибольшей просадочностью обладают первые слои лессовидных суглинков и лессов, относительная просадочность которых при давлении на грунт 0,3 МПа равняется 0,03—0,12, а при бытовом давлении — 0,02—0,08. Второй слой лессовидных суглинков вследствие Повышенной плотности характеризуется значительно меньшей просадочностью, равной 0,01—0,04. Относительная просадочность второго слоя лессов при бытовом давлении равняется 0,01—0,05.

Величина просадочной толщи по инженерно-геологическим исследованиям в различные годы на отдельных участках принималась равной 18—26 м. Значительные колебания в оценке глубины просадочной толщи, главным образом, являются результатом проходки шурфов недостаточной (до 12—18 м) глубины. По данным опытного замачивания котлованов она должна быть не менее 24—28 м.

В соответствии с колебаниями просадочной толщи изменялась расчетная просадка от собственного веса (60—155 см). Замеренные просадки от собственного веса при аварийном замачивании грунта в районе открытого лотка ливневой канализации у цеха № 1 составили 1,4 м, у поглотительного колодца—1,6 м, по данным замачивания опытных котлованов— 1,2 м.

С середины 30-х по 50-е годы строительство завода осуществлялось в основном на естественном основании с применением водозащитных мероприятий по планировке территории, прокладке водонесущих коммуникаций в лотках, устройству водонепроницаемых полов, а также конструктивных мероприятий, включающих применение малочувствительных к неравномерным деформациям конструкций зданий и возможность быстрой рихтовки подкрановых путей.

Для контроля за состоянием водонесущих сетей, проведения наблюдений за осадками зданий была организована служба водозащиты, обеспечивающая быстрое обнаружение и ликвидацию источников аварийного замачивания грунтов.

С 50-х по 70-е годы строительство зданий и сооружений с мокрым технологическим процессом осуществлялось с уплотнением просадочных грунтов грунтовыми сваями на глубину 14— 20 м, т. е. в пределах верхней части просадочной толщи. Здания и сооружения без мокрого технологического процесса возводились с применением водозащитных, конструктивных мероприятий и уплотнения просадочных грунтов в пределах верхней част» деформируемой зоны тяжелыми трамбовками или устройством грунтовых подушек толщиной до 2—2,5 м. При этом конструктивные мероприятия не рассчитывались на возможные просадки грунтов в основаниях.

Кроме этого, на первом и втором этапах отдельные фундаменты под основное технологическое оборудование возводились на буронабивных, забивных сваях длиной до 12—14 м, столбах из обожженного и закрепленного силикатизацией грунта на глубину до 16 м, а также на глубоких опорах-стоблах, полностью прорезающих просадочную толщу и опирающихся на пески.

Начиная с 70-х годов, здания и сооружения возводятся в основном на буронабивных сваях с полной прорезкой просадочных грунтов, но без учета дополнительных нагрузок от сил нагружающего трения, возникающих при просадках окружающих грунтов от их собственного веса.

Производившиеся наблюдения показали, что в первые 10 лет эксплуатации завода (с 1938 по 1948 гг.) уровень грунтовых вод поднялся на 1,6—2,8 м, в период с 1948 по 1959 гг. — на 2,8— 3,6 м.

Наиболее интенсивный подъем уровня грунтовых вод происходит в последние годы. За 10 лет подъем его составил 5,7— 7,2 м. Резкое увеличение интенсивности подъема уровня грунтовых вод вызвано созданием Каховского водохранилища. К-середине 1970 г. уровень грунтовых вод на площадке поднялся на 8,5—13,5 м и находится на глубине 20—28 м.

Подъем уровня грунтовых вод до 1958—1959 гг. происходил в пределах второго слоя светопалевых лессов, не обладающих просадочными свойствами; просадки от собственного веса грунта территории  завода, а также  возведенных на ней зданий и сооружений в первый период строительства отсутствовали. Наблюдались просадки отдельных фундаментов при местном аварийном замачивании грунта, величины которых не превышали 30—40 см.

Дальнейший подъем уровня грунтовых вод сопровождался просадкой всей застроенной территории от собственного веса грунта и расположенных на ней зданий и сооружений. Скорость просадки территории и зданий составляла 20—60 мм в год, а по отдельным участкам, на которых были возведены планировочные насыпи, доходила до 120—150 мм в год. К началу 1970 г. суммарные величины осадок и просадок составили в среднем 400— 600 мм, а в отдельных случаях при наличии планировочных насыпей доходили до 850—1000 мм.

По данным наблюдений за просадкой фундаментов, геодезических знаков и глубинных реперов, установленных на глубинах 12-22 м, просадка грунтов от их собственного веса на территории завода началась в 1959—62 гг. и к концу 1969 г. изменилась от 92 до 572 мм.

В целом просадка от собственного веса грунта на рассматриваемой территории проходит относительно равномерно. Степень ее неравномерности равняется 0,5—0,8 мм на 1м, :а в отдельных местах доходит до 1,7—2,3 мм на 1 м. В то же время по данным опытного замачивания степень неравномерности просадки грунта от собственного веса при интенсивном замачивании сверху равняется 30—65 мм на 1 м, т. е. в 40—60 раз выше, чем при подъеме уровня грунтовых вод.

Неравномерность проявления просадок от собственного веса вызывается рядом факторов. Основными из них являются: изменение просадочных свойств лессовых грунтов в плане и по глубине, неравномерный подъем уровня грунтовых вод и зоны капиллярного повышения влажности, дополнительное замачивание грунтов сверху за счет аварийных утечек производственных сточных вод.

Не исключена возможность, что на абсолютную величину просадки и степень ее неравномерности могло оказать влияние медленное повышение влажности грунта в пределах всей толщи за счет нарушений естественных условий аэрации, конденсации паров и т. п. Однако главным и основным фактором, вызывающим просадку грунта от собственного веса на территории завода, является подъем уровня грунтовых вод.

Одинаковый характер развития просадок глубинных реперов» заложенных на глубину 12—20 м близ расположенных к ним фундаментов, указывает на то, что просадка происходит за счет сжатия слоев, залегающих ниже 12—20 м, в то время как граница, с которой начинается просадка рассматриваемых грунтов от собственного веса при замачивании сверху, располагается на глубине 6—9 м.

Фактическая величина просадочной толщи в районе расположения наблюдательных скважин и, видимо, на всей территории завода равняется 30—32 м.

В результате просадки территории завода от собственного веса грунта происходят и просадки расположенных на ней зданий и сооружений. При этом просадки фундаментов практически полностью совпадают с просадкой близ расположенных к ним глубинных реперов и полигонометрических знаков. Разница между ними не превышает ±5—20%.

Просадки соседних фундаментов, возведенных на различных основаниях, в том числе и с применением силикатизации, обжига, буронабивных, забивных свай с неполной прорезкой толщи просадочных грунтов, оказываются практически одинаковыми.

Несмотря на значительные осадки фундаментов, которые на отдельных участках к концу 1977 г. превышали 1000 мм, на протяжении всего периода происходила нормальная эксплуатация всех зданий и сооружений ЮТЗ, хотя периодически выполнялись работы по рихтовке подкрановых путей (подъем подкрановых рельс, балок, замена кранов в связи с их преждевременным износом и выполнение других профилактических мероприятий). Все это с учетом уровня развития данной проблемы в период строительства завода, производственных возможностей? строительных организаций позволяет считать опыт проектирования, строительства и эксплуатации ЮТЗ в сложных грунтовых условиях Никополя весьма успешным и поучительным.