Ми продовжуємо цикл статей про наукові школи КНУБА. Сьогодні мова піде про наукову школу геотехніки. Документально її було створено в 2009 році, коли Науково-дослідній лабораторії чисельних методів у геотехніці був наданий статус наукового підрозділу університету. Однак, фактично наукові дослідження тривали з 1967, коли було створено Науково-дослідну лабораторію основ та фундаментів промислових будівель. Так раніше називався цей науковий напрямок.
Наукова школа геотехніки КНУБА
Будівництво надійних та економічних споруд залежить насамперед, від рівня геотехнічних досліджень території будівництва. І як результат – правильного вибору ділянки під будівництво, з урахуванням геолого-екологічних процесів. Для того проводяться інженерно-пошукові дослідження. А після цього можна приступати до проектування і будівництва з дотриманням основних вимог регіональних ґрунтів. Це можуть бути лесові ґрунти, зсувонебезпечні території, сейсмічні зони, потенційно підтоплювальні майданчики, карсти та інше. Для того, щоб будівництво задовольняло подібним вимогам необхідні фахівці з геотехніки. Тобто, інженери зі знанням геологічної будови.
Вікіпедія каже: геотехніка, геотехнічна інженерія — наука про методи та інженерні принципи будівельної діяльності з використанням матеріалів земної кори, метою якої є прийняття раціональних взаємопов’язаних технічних рішень, прийомів та способів будівництва підземних частин будівель та споруд. Геотехніка об’єднує елементи наук про Землю, будівництво і гірничу справу.
Багато з існуючих споруд, поруч з якими ведеться будівництво мають фундаменти неглибокого закладання, які чутливо реагують на зміни напружено-деформованого стану ґрунтової основи. Влаштування котлованів, використання підземного простору під паркінги та інші споруди порушують врівноважений напружений стан основи і негативно впливають на існуючі будівлі. В таких умовах важливу роль відіграють інженерні захисні споруди та технології їх застосування, які мають забезпечити мінімальні зміни стану основи. При влаштуванні котловану та зведенні будинку існуюча будівля осідає внаслідок додаткових переміщень основи від ваги вийнятого ґрунту та нового будинку. Для запобігання цьому явищу застосовуються інженерні захисні заходи – захисні екрани, чи стінки, що можуть складатися з монолітних чи пальових конструкцій, розрахунки яких проводяться з урахуванням особливостей нелінійної поведінки ґрунту, особливо на стадії влаштування котловану. Як розрахувати всі ризики знають спеціалісти-геотехніки. Зокрема з наукової школи геотехніки КНУБА.
В світі спеціалістів з геотехніки готують уже давно. В Україні, за винятком КНУБА, спеціальної підготовки ніде не має. Але, як показує практика, без геотехніків нині складні об’єкти не побудуєш. Дорого. Адже треба проводити численні дослідження в польових умовах або будувати експериментальний зразок, як це робили кілька десятиліть тому. Тож будувати по-старому собі у збиток. Тай набагато довше.
В Україні вже не перший рік працює наукова школа геотехніки при Київському національному університеті будівництва і архітектури. Вчені цієї школи брали участь в будівництві конфайнмету або саркофагу на Чорнобильській атомній станції, будівництві космодрому в джунглях Бразилії, головного колектора столиці України, відновленні Успенського собору на території Печерської Лаври в Києві, Ісакієвського собору в Санкт-Петербурзі, зараз працюють над відновленням Десятинної церкви в Києві. І це тільки невеликий перелік робіт, де без геотехніків не можливо було обійтись.
Ще з 1885 року відомо, якщо ґрунт навантажувати, він буде ущільнюватись. Але в певних зонах відбувається і зворотній процес. Тому геотехніків КНУБА часто запрошують зробити дублюючі розрахунки. Наприклад, якась проектна організація розробила проект, вчені КНУБА повторили. Якщо результати узгоджуються, то вони беруться за основу. Це перевірка. Дубль. Так в нормах записано. Так і за кордоном працюють. Тільки там не дублюючі розрахунки. А страховка. Страхова фірма робить підтвердження. І дає гарантії, що страховий фонд покриє збитки, якщо щось трапиться. У нас такого нема. У нас треба пройти експертизу в Держбуді. Але в держави грошей на страховку не має. Ці гроші треба десь акумулювати. Вчені вважають, що цей механізм час поміняти. Щоб сертифікат видавав спеціаліст вчений зі Школи геотехніки КНУБА, а не новостворений невідомий центр. Але поки що маємо те що маємо.
Нині школою геотехніки в КНУБА опікується професор Ігор Петрович Бойко – Заслужений діяч науки і техніки України, дійсний член Академії будівництва України і Академії інженерних наук України, доктор технічних наук. Він же завідує і кафедрою геотехніки в КНУБА. Коли він починав свою наукову діяльність, в Україні навіть неможливо було захистити дисертацію, тож він змушений був їздити в Москву. Щоб отримати статус вченого –геотехніка треба було пройти певний бар’єр: Мінськ, Ленінград, Москва, Дунайсько-європейська конференція. Тепер в КНУБА є своя Вчена рада з підготовки геотехніків. І дисертацію можна захистити в Україні. З’явилися свої вчені і власні розробки. Серед досягнень школи геотехніки КНУБА проектування основ і фундаментів багатоповерхових будівель і споруд в умовах щільної забудови з урахуванням технології зведення, авторський нагляд за будівництвом, розрахунок і проектування фундаментів в сейсмічно небезпечних районах в складних інженерно-геологічних умовах, розробка проектних рішень при реконструкції та підсиленні будівель і споруд, проектування опор мостів, фундаменти кранів, дублюючі розрахунки будівель і споруд на дію сейсмічних навантажень, оцінка взаємного впливу сусідніх конструкцій. Висновок вчених школи геотехніки однозначний – не може бути окремо основи і фундаменту. Якщо порахувати окремо – це дасть не правильний результат.
Зароджувалася школа геотехніки не просто. Спочатку це була кафедра основ і фундаментів КНУБА. З часом на кафедрі були створені дві навчальні лабораторії – „Інженерної геології” та „Механіки ґрунтів”, які забезпечували виконання лабораторних та практичних робіт, відповідно до робочих навчальних програм. А також створені дві науково-дослідні лабораторії, які сьогодні входять до наукових підрозділів університету. В 1967 році почала роботу галузева науково-дослідна лабораторія. В 1989 році вона перейменована в Науково-дослідну лабораторію основ та фундаментів промислових будівель. 1979 року створена галузева науково-дослідна лабораторія основ і фундаментів сільськогосподарських будинків і споруд. В 2008 р. вона перейменована в Науково-дослідну лабораторію основ і фундаментів в складних інженерно-геологічних умовах. В 2003 році створено Науково-дослідну лабораторію чисельних методів у геотехніці, а 30 січня 2009 р. на засіданні Вченої Ради КНУБА лабораторії був наданий статус наукового підрозділу університету. Так офіційно народилася наукова школа геотехніки. Завлабораторією став професор Сахаров Володимир Олександрович, науковим керівником призначили Бойко Ігоря Петровича. Він до сьогоднішнього дня опікується роботою наукової школи геотехніки. І очолює кафедру геотехніки. Так кафедра Основ і фундаментів називається з 2018 року.
Серед наукових напрямків роботи Школи геотехніки – розробка нових моделей та методів розрахунку при проектування основ і фундаментів, що враховують індивідуальні складні умови будівництва; розвиток автоматизованої системи наукових досліджень (АСНД) “VESNA” , реалізація раціональних конструкцій фундаментів будівель і споруд; розрахунок систем сейсмоізоляції будівель і споруд в сейсмічно-небезпечних районах; участь в розробці нормативної бази України. Для цього проводяться експериментальні дослідження. Зокрема, технічне обстеження і моніторинг будівель і споруд, випробування паль і ґрунтів основи, уточнення інженерно-геологічної ситуації інженерними методами, експериментальні досліджень щодо взаємодії геотехнічних об’єктів з ґрунтовим масивом за програмою міжнародного співробітництва на об’єктах національного значення.
Перспективи є, каже нинішній очільник Школи геотехніки Бойко Ігор Петрович. Школа обов’язково виживе, адже робота для її спеціалістів є постійно. До того ж, авторитет у геотехніків КНУБА такий високий, що їхній підпис на документах, завжди сприймається, як остаточний результат. Навіть, якщо висновки не співпадають з нормами.
Але шлях до визнання був тернистим. Щоб захистити докторську дисертацію, Ігор Петрович Бойко вимушений був їхати до Москви і чекати кілька років. В 88 році там же і захищався, в Україні не було вчених рад такого спрямування. Для дисертації було вибрано тему, яка хвилювала увесь світ – фундамент ядерного реактора. Потрібні були спеціальні розрахунки, адже площа основи реактора 70 на 70 метрів і під ним йдуть зовсім інші процеси, не такі, як в будинку.
Щоб надійно проектувати фундамент, каже Ігор Петрович Бойко, насамперед треба мати надійні параметри. Ці параметри визначають прилади і люди різної кваліфікації. Дані треба перевірити і поєднати з тими задачами, які ми перед собою поставили. Це можуть бути надійні польові досліди, або зведення експериментального будинку, щоб потім на базі цього зробити типовий проект. Бо на кожному будівельному майданчику різні ґрунти, різна взаємодія з сусідніми будівлями. Та при такому підході помилки не виключаються. Тепер українські геотехніки використовують числові методи. Це дає змогу один і той же проект проаналізувати і сформувати його взаємодію з ґрунтовим середовищем, а потім проекспериментувати з параметрами або навантаженням. І знайти якийсь безпечний коридор. Спираючись на ці дані можна видати надійний і економічний проект. Переваги геотехніків КНУБА в тому, що вони запропонували числове моделювання. Воно дає більш широку інформацію. Фактично це нова ідеологія проектування. Кожен об’єкт, створений архітектором, інженер мусить навантажувати. Потім взяти реальні характеристики ґрунтів, перевірити їх, і після цього можна провести розрахунки взаємодії окремих елементів наземних конструкцій, фундаменту із основою. Геотехніки наукової школи КНУБА створюють ситуацію, коли в процесі зведення в основі змінюється реактивна епюра. Це супротив навантаження на плиту фундаменту. І по її формі можна врівноважити вертикальне навантаження і реакцію. Якщо це зрозуміти, то стає ясно, де перенапруження. Тоді можна раціонально його заармувати. Буде надійно. І економно. Зараз уже більшість будівельників переходять на таку схему проектування. Але одні з перших це були українські геотехніки наукової школи КНУБА. Перші роботи датуються 78-79 роками минулого століття.
Ґрунти примушують шукати більш раціональні підходи. Тож, сьогодні будівлі стали проектувати по двом групам граничних станів. І розбивати на певні групи – види граничних станів. І при проектуванні розглядати два випадки: палевий фундамент і палеву основу з метою надійності. Палевий фундамент це ноу-хау школи геотехніки КНУБА. Тут має значення розмір основи і довжина паль. Короткі на великому обсязі фундаменту не працюють. Просто покращують властивості у верхній частині будівлі. А якщо палі виходять за зону, яка формується ростверком, то посилюють фундамент. Ростверк – це верхня плита, яка об’єднує групи паль. Цей секрет не наші вчені придумали. Але проаналізували, як взаємодіє з основою Ісакієвський собор в Санкт –Петербурзі. Там під храм забивали дерев’яні палі довжиною 9 метрів. А розмір собору 70 на 70 метрів. Тому храм і опустився більше, ніж на метр в землю. Тому що функції 9-ти метрових паль при такому розмірі забудови не спрацювали. Треба довші. Короткі палі покращують будівлю тільки у верхній частині. А свою основну функцію не виконують. Вони не дають навантажень на більш міцні шари на значній глибині. Довгі палі під великий фундамент – це одне з досягнень української школи геотехніки.
А нам залишається тільки побажати українським геотехнікам нових наукових досягнень. Як бачимо, фундамент знань у них надміцний!
Кириченко Т.М.,
прес-секретар КНУБА