Глава восьмая НОВАЯ ТЕХНИКА — НОВЫЕ ЗАДАЧИ

Глава восьмая

НОВАЯ ТЕХНИКА — НОВЫЕ ЗАДАЧИ

28 июня 1954 г. в печати появилось сообщение о пуске в СССР первой атомной электростанции.

«В настоящее время, — говорилось в сообщении, — в Советском Союзе усилиями советских ученых и инженеров успешно завершена работа по проектированию и строительству первой промышленной электростанции на атомной энергии полезной мощностью 5000 киловатт.

27 июня 1954 года атомная электростанция была пущена в эксплуатацию и дала электрический ток для промышленности и сельского хозяйства прилежащих районов.

Впервые промышленная турбина работает не за счет сжигания угля или других видов топлива, а за счет атомной энергии — расщепления ядра атома урана.

Вводом в действие атомной электростанции сделан реальный шаг в деле мирного использования атомной энергии.

Советскими учеными и инженерами ведутся работы по созданию промышленных электростанций на атомной энергии мощностью 50—100 тыс. киловатт».

Конечно, сейчас, спустя 17 лет, это сообщение о первой АЭС выглядит заурядным. Ведь наша атомная энергетика далеко продвинулась вперед, давно уже функционируют атомные станции мощностью в несколько сот тысяч киловатт. В девятой пятилетке согласно Директивам XXIV съезда КПСС атомные электростанции дадут 12% всего прироста мощностей электростанций СССР. Всего же за 10—12 лет будут введены в действие атомные электростанции мощностью 30 миллионов киловатт!..

Но ведь вся эта грандиозная программа начинается с той, нашей первой АЭС. И я вспоминаю о ней потому, что ее строительство в какой-то мере характеризует новые задачи, поставленные сразу же после войны перед советскими учеными, инженерами и строителями, в частности перед коллективом нашего министерства.

Атомная электростанция, ускоритель элементарных частиц (синхроциклотрон) в Дубне, синхрофазотрон в районе Серпухова и многие другие комплексы научно-исследовательских установок, о которых пойдет речь ниже, были чрезвычайно ответственными, срочными и уникальными сооружениями.

Рассказ об этом строительстве мне хотелось бы предварить некоторыми общими замечаниями и выводами.

1. Строительства, как правило, располагались весьма далеко от автомобильных, а тем более железных дорог. Практика давно уже показала, что всякая попытка начинать на площадках даже подготовительные работы, не построив предварительно капитальных подъездных путей, не ускоряла, а только задерживала и дезорганизовывала строительство. Поэтому на всех этих стройках независимо от заданных сроков был установлен железный порядок — сначала дороги, а затем уже освоение площадки.

Дороги строились в основном из завозимых с существующих заводов нашей системы железобетонных дорожных плит, которые на конечной стадии строительства использовались как основания под постоянную эксплуатационную автодорогу с асфальтовым или бетонным покрытием. После сравнения ряда вариантов мы убедились в наибольшей целесообразности, простоте изготовления и устойчивости сборных железобетонных дорог по представленной на рисунке схеме. Всякие тонкие железобетонные плиты, в том числе ребристые, многодырчатые, оказывались хрупкими и нестойкими. Для отдельных малонапряженных и временных дорог нередко практиковалась так называемая колейная прокладка железобетонных плит того же типа с обязательной связью арматурными стержнями плит одной колеи с другой и заполнением пространства между колеями щебенкой с соответствующим уплотнением.

Опыт подсказал также, что применять на строительствах для верхнего покрытия дорог асфальт нецелесообразно. При интенсивном движении грузовых машин он быстро разрушается, его трудно укладывать во время неизбежных летних дождей и практически невозможно в зимнее время.

Сборные железобетонные плиты для покрытия автодорог

2. Основания многих крупных промышленных объектов опускались в землю на десятки метров. Приходилось выбирать громадный объем грунта, заботиться о создании устойчивых откосов и транспортных берм для большегрузных автомобилей и экскаваторов. Вынутый грунт отвозился на значительные расстояния, а затем — после окончания строительных работ — приходилось везти значительную часть этого грунта обратно для засыпки пазух и уплотнять его тракторами, катками и т. д.

Следует иметь в виду, что самое тщательное уплотнение практически не исключает последующей осадки грунта. А это влечет за собой повреждение бетонных площадок, дорог и, что самое страшное, нарушение ответственных коммуникаций, пересекающих засыпанные пазухи. В конечном счете пришлось коммуникации пропускать по сборным железобетонным эстакадам (см. рисунок), опирающимся на основной грунт, и оставлять эти эстакады внутри засыпки.

Такого же типа эстакады строились и для доставки к месту монтажа сблокированных элементов оборудования большой тяжести. Без эстакад портальные краны, которые не только поднимали, но и везли эти монтажные блоки, вызывали катастрофические просадки путей и сходили с рельсов.

Опорные железобетонные конструкции для прокладки коммуникаций через пазуху котлована здания реактора

Добавьте к этому необходимость устройства мощной и надежной гидроизоляции. Абсолютно водонепроницаемых бетонов нет, равно как и нет сухих котлованов. При весеннем таянии или при ливневом стоке в зоне примыкания засыпки пазухи к сооружению создается большое гидростатическое давление фильтрационных вод, и лишь самая герметическая изоляция способна выдержать этот напор. На ответственных сооружениях приходилось строить внутри помещений сварные металлические «корабли» с небольшим зазором от стен, потолков и пола и нагнетать в этот зазор жирный цементный раствор.

Опасность осадки грунта, кроме того, заставляет всякого рода подсобные и вспомогательные здания располагать вне пределов контура котлована, что существенно растягивает коммуникации, а в ряде случаев и усложняет эксплуатационные условия.

Все это приводит к выводу, что крайне нецелесообразно излишне заглублять сооружения без особых, непреложных технологических требований и оснований. Уверен, что очень часто можно найти решение с подъемом сооружения, в крайнем случае с его наземной обсыпкой.

3. Поскольку ряд ответственных и крайне срочных сооружений необходимо было все же строить с большим заглублением, вставал вопрос: как ускорить земляные работы и всемерно сократить объемы выемки котлованов?

В то время у нас еще были свежи в памяти саперные работы по строительству оборонительных рубежей, в частности взрывы «навымет» противотанковых рвов. Мы учитывали и то, что нередко грунт на строительной площадке был достаточно плотен и позволял создавать очень крутые откосы котлована даже при глубине его до 40—50 м. Были среди нас и опытные саперы-подрывники. Решили попробовать взорвать «навымет» сначала один, а затем и второй котлован сравнительно недалеко от действующего сооружения.

Составили проект такого взрыва со всеми надлежащими расчетами, по оси котлована пробили небольшую шахту с рассечками внизу, уложили нужное по расчету количество аммонала… Взрыв, грохот, тьма, гигантский столб земли и дыма… И — полный успех! Котлован как будто вырезан по проектному контуру. Требовались лишь небольшая доборка грунта по днищу, удаление отдельных разрыхленных комьев, упавших обратно в котлован. Правда, лес вокруг лег веером во все стороны (словно в зоне падения Тунгусского метеорита, в миниатюре разумеется). Но меньше чем через год и лес «оправился». По нашим расчетам, взрывы «навымет» сократили срок строительства месяцев на десять!

Этот и последующие опыты (земляные нефтехранилища в районе Уфы, котлован для проходного тоннеля к домнам Челябинского металлургического завода и другие) убедили меня в исключительной эффективности, целесообразности и экономичности такого метода работ. Без сомнения, выемка сколь-нибудь значительных котлованов и траншей как в скальных, так и в мягких породах путем взрыва «навымет», в том числе и направленного взрыва, окажется, как правило, экономичнее (не говоря уже о темпах работ), чем любые другие виды современной механизации. Во всяком случае, этот способ земляных работ при их организации должен быть рассмотрен и подвергнут объективному сравнению с другими возможными способами.

Кстати, наши подрывники отлично освоили совершенно новый характер подрывных работ: взрывы по строго очерченному контуру в толстых железобетонных стенах внутри уже построенных зданий. Дело в том, что строительство шло параллельно с проектированием технологического оборудования, которое зачастую менялось, заставляя изменять и некоторые габариты помещений, и проемы для пропуска коммуникаций. Саперы мелкошпуровыми взрывами точно выбивали нужные нам участки стен, и строителям оставалось только вырезать остатки арматуры бензорезами. Конечно, это не метод — строить без окончательного проекта. Но совершенно необычные сроки и условия заданных нам работ в то время в какой-то мере оправдывали эти своеобразные приемы.

4. Сооружая высокие стены из монолитного бетона, мы убедились, что деревянная опалубка даже в виде инвентарных переставных щитов вызывает немало трудностей. Дело в том, что при разборке опалубки часть щитов ломается и реальная оборачиваемость их невелика (особенно при строительстве неповторяющихся сооружений). Отходы, неизбежно возникающие при устройстве такой опалубки, засоряют пазухи котлованов, в которых строится это сооружение, и очистка этих пазух весьма трудоемка. Наконец, необходимо учитывать опасность пожаров — ведь одновременно идут и сварочные работы.

Вспоминаю, как однажды ночью раздался телефонный звонок: горит важнейшее сооружение, расположенное весьма далеко от Москвы. А оно должно сдаваться под монтаж в ближайший месяц!.. Через 3 часа я уже был в воздухе и в начале следующего дня — на месте. К тому времени пожар был ликвидирован. Точнее, сгорело все, что могло сгореть: опалубка бетонных стен и леса. Пришлось заниматься восстановлением — отбивать разрушенный при пожаре слой бетона, наносить новый и т. д. Эти работы велись в 3—4 смены почти 10 дней.

После этого инцидента мы старались вообще избегать деревянных опалубок, применяя железобетонные плиты, оболочки, входившие в состав основных бетонных сооружений и учитываемые в их статических расчетах. Этот метод, кстати, по инициативе бывшего главного инженера Волгостроя профессора В. Д. Журина еще в конце 30-х годов широко применялся при строительстве гидроузлов на Верхней Волге (Угличского и Рыбинского). Теперь он получал как бы второе рождение, повышая индустриализацию строительных работ.

5. К сожалению, совсем отказаться от деревянной опалубки пока еще нельзя. Без нее не обойтись, например, при бетонировании внутренних поверхностей стен, имеющих отверстия и проходки. В связи с этим следует подчеркнуть качество опалубки. Она должна быть достаточно жесткой и безупречно гладкой, чтобы не приходилось потом «деревянные» огрехи исправлять на бетоне.

Больше того, если как следует позаботиться о гладкой поверхности опалубки (набить на нее с внутренней стороны чистые фанерные листы и заделать швы между ними известковым тестом), то после распалубки не понадобится и штукатурка. Можно, если это требуется, прямо на бетон наносить шпаклевочный слой и делать покраску.

Во всяком случае, опалубка бетонных стен (и не только стен) требует инженерного проекта. Не стоит отдавать ее на откуп плотникам, не обладающим зачастую даже необходимым опытом, а тем более возможностью рассчитать опалубку на давление вибрируемого бетона.

Безусловно, во всех случаях, когда это можно, гораздо целесообразнее устраивать стены из крупных сборных бетонных блоков. Тогда не требуется ни опалубки, ни оболочки, и резко сокращаются все строительные процессы.

6. При строительстве крупных уникальных сооружений с необычным и зачастую крупногабаритным оборудованием мне, пришлось неоднократно сталкиваться с попытками проектировщиков отойти от стандартного шага колонн и соответственно от типовых стеновых панелей, балок и плит перекрытия. Тщательное изучение этого вопроса показало, что обычно отказ от стандартных и типовых решений вызывается только нежеланием внимательно рассмотреть компоновку оборудования, увязав ее с типовыми размерами строительных конструкций. Каждый раз удавалось найти вполне удовлетворительное решение с применением этих конструкций без нарушения интересов технологии. В конечном счете мы запретили принимать к рассмотрению какие-либо проекты, решенные в нетиповых и нестандартных строительных элементах.

И последнее общее замечание. В послевоенные годы широкое применение получило панельное и крупноблочное строительство. Это вполне понятно и объяснимо. Но не следует забывать и о кирпиче. Ведь здания с кирпичными стенами, во-первых, обычно дешевле панельных стен, требующих большего количества сравнительно дорогостоящего цемента и арматурного металла. А во-вторых, по своим технико-эксплуатационным показателям и долговечности кирпичная стена нередко превосходит панельную.

Широкое распространение панельных и блочных конструкций для гражданского строительства оправдывается прежде всего двумя обстоятельствами: более короткие сроки строительства, не зависящие от сезонных условий, и значительно меньшая потребность в рабочей силе (каменщики, штукатуры) на площадке строительства, перенесение всех основных процессов на завод.

Таким образом, при выборе строительного материала для того или иного объекта нужно серьезно взвесить все обстоятельства, провести сравнительный экономический анализ.

Разумеется, для скоростного строительства промышленных объектов с площадями, измеряемыми сотнями тысяч квадратных метров, стены из кирпича нецелесообразны. Здесь уместнее применить железобетонный каркас и типовые промышленные напели. А для сооружения жилых домов, административных и культурно-бытовых зданий во многих случаях выгоднее использовать кирпич. Кстати говоря, в зарубежной практике применение панелей или крупных блоков для стен гражданских зданий носит сравнительно ограниченный характер. Промышленные же и энергетические объекты строятся, как правило, из крупноразмерных панелей.

Таковы некоторые общие выводы и замечания из опыта проектирования и сооружения многообразных крупных и сложных предприятий, о которых пойдет рассказ ниже. Сразу же оговорюсь, что рассказ этот будет весьма кратким, лишь об основных, характерных особенностях того или иного объекта.

В 1946 г. состоялось решение о строительстве исследовательского комплекса для нужд атомной энергетики. Строить надо было недалеко от научно-исследовательских институтов столицы.

Выбор пал на район у села Петякино вблизи станции Обнинская Киевской ж. д. (примерно в 110 км по шоссе от Москвы). Здесь в сравнительно малонаселенном живописном районе между железной дорогой и р. Протва можно было хорошо разместить и научно-исследовательские сооружения, и жилой поселок.

На самой площадке находилось единственное полуразрушенное здание, в котором в октябре 1941 г. размещался штаб командующего Западным фронтом генерала армии Г. К. Жукова. Это здание мы восстановили и достроили как главный корпус Физико-энергетического института.

Одновременно с научно-исследовательскими объектами строился и город, который назвали Обнинском.

Постепенно профиль всего строительства определялся все четче. После ряда экспериментов к 1950 г. под непосредственным руководством академиков Игоря Васильевича Курчатова и Николая Антоновича Доллежаля был разработай проект первой в мире атомной электростанции с энергетической мощностью 5 тыс. квт. Надо ли говорить, с каким подъемом инженеры и строители претворяли этот проект в жизнь!

Не вдаваясь в подробности сооружения АЭС, отмечу лишь, что в качестве биологической защиты после ряда исследований был принят тяжелый бетон объемным весом 3,6 т/м³ с заполнителем из криворожской железной руды (гематита), дробленной до нужных размеров. Частично использовался также бетон на гематитовой руде с добавкой обычного минерального песка. Кроме бетонной защиты реактор имел противонейтронную внешнюю защиту в виде кольцевых баков толщиной 1 м, заполняемых обычной водой.

Здание первой атомной электростанции (г. Обнинск)

К сожалению, приходится сказать, что архитектура этой первой в мире атомной станции (см. фото) не очень удачна. Форма явно не соответствует содержанию. Здание скорее напоминает старомодный административный корпус, чем современный научно-энергетический объект.

В Обнинске строились все новые и новые исследовательские объекты, в частности весьма интересные реакторы на быстрых нейтронах (БР-1, БР-2 и БР-5). В настоящее время этот комплекс, носящий название Физико-энергетический институт, является одним из крупнейших в мире исследовательских учреждений в области ядерной энергетики. В 1958—1962 гг. там же начали функционировать филиал Физико-химического института им. Л. Я. Карпова (с исследовательским реактором), филиал Института прикладной геофизики и Институт медицинской радиологии АМН СССР. Красивым благоустроенным городом стал и Обнинск. К 1970 г. здесь проживало около семидесяти тысяч человек.

Главное здание Физико-энергетического института в Обнинске

Разнообразным специальным и гражданским строительством в Обнинске до 1954 г. руководил Василий Иванович Анисков, затем (до 1957 г.) Дмитрий Семенович Захаров, при котором была пущена первая атомная станция, позднее — Иван Семенович Любый.

Почти одновременно с Обнинском рос и другой город науки — Дубна. История его началась в 1947 г. в связи с решением о строительстве первого в Советском Союзе сколь-нибудь крупного ускорителя элементарных частиц — синхроциклотрона мощностью 600—700 Мэв[17].

Он опять-таки должен был быть недалеко от Москвы. Но ученые поставили еще одно условие: безукоризненная стабильность параметров электроэнергии. Московское энергокольцо не обеспечивало этого. Надо было искать другой источник тока, причем длина линии электропередачи должна быть минимальной.

У меня, бывшего строителя канала Москва — Волга, сразу возникла мысль о возможности расположения этого ускорителя в непосредственной близости от Волжского гидроузла. Этот гидроузел имеет в своем составе гидроэлектростанцию вполне достаточной мощности, ток которой передавался в Московскую энергосистему, минуя местные промышленные или иные потребители. Проверка показала, что параметры тока гидростанции вполне устраивают ученых и подходят для задуманного синхроциклотрона, да и для последующих, даже более мощных установок того же назначения.

Но сам район, где предполагалось строить научный центр, вначале просто обескуражил нас. Он был почти полностью заболочен или в лучшем случае уровень стояния грунтовых вод был всего на 20—40 см ниже поверхности земли. Местное население называло этот участок змеиным островом. Действительно, были и змеи, был и остров. С севера — Волга, с востока — р. Дубна, на юге — р. Сестра, на западе — канал. По этому острову не только изыскателям, но и первым строителям приходилось передвигаться на лодках.

Геологоразведочные скважины показали, что грунты в этой зоне состоят из чистых неглинистых песков, подстилаемых водоупорным слоем глины (что и определило общую заболоченность). И совсем обрадовало то, что слой песков находился выше уровня Волги в районе нижнего бьефа Волжской (Иваньковской) плотины. Появилась надежда, что можно относительно просто осушить выбранный район.

Первый же дренажный коллектор, проложенный по направлению к Волге, превзошел все наши ожидания. Песок отлично отдавал воду даже при дождях. В конечном счете правильно спроектированная и выполненная система инженерного дренажа с трубами, заложенными в призмы обратного гравийного фильтра, позволила надежно осушить всю территорию, необходимую для строительства специальных установок и города. Осушенные мелко- и среднезернистые пески создавали плотное основание, способное воспринимать без заметных осадок сравнительно большую нагрузку. Так на месте змеиного острова появились многочисленные специальные установки, в основном по физике высоких энергий, и прекрасный благоустроенный г. Дубна, входящие в Международный объединенный институт ядерных исследований.

Строительство и монтаж самого синхроциклотрона были завершены в 1949 г. За два года в это сооружение уложили 20 тыс. куб. м бетона. Одно только верхнее защитное перекрытие толщиной 2 м весило 10 тыс. т. А на обмотку системы питания и управления было потрачено 500 км кабеля.

После большой исследовательской работы, проведенной академиком В. И. Векслером на построенной нами действующей модели в Физическом институте Академии наук СССР, в трех километрах от г. Дубна был построен синхрофазотрон на энергию 10 Гэв. Он позволил ученым провести ряд важнейших исследований в области физики высоких энергий элементарных частиц. Это уникальное сооружение (см. рисунки) выполнено в виде громадного цирка диаметром 83,5 и высотой свыше 30 метров, в котором размещено магнитное кольцо весом в 36 тыс. т и все основное оборудование ускорителя.

Синхрофазотрон на 10 Гэв (г. Дубна). Поперечный разрез: 1 — синхрофазотрон; 2 — камера

Синхрофазотрон на 10 Гэв Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна). План цокольного этажа:

1 — пультовая; 2 — лаборатория; 3 — кабельные и другие коммуникации; 4 — вентиляционные камеры; 5 — резерв; 6 — агрегаты сушки; 7 — насосная; 8 — агрегаты временной схемы; 9 — станции перекачки конденсата; 10 — подстанция № 12; 11 — вакуумная установка; 12 — щитовая; 13 — установка приготовления дистиллята

В составе Института ядерных исследований в Дубне наряду с другими исследовательскими установками в 1957 г. построены циклотрон многозарядных ионов на 120 Мэв, лаборатории ядерных проблем, электрофизическая (ныне лаборатория высоких энергий), нейтронной физики, ядерных реакций, теоретической физики.

Весьма сложным было сооружение крупнейшего в мире кольцевого ускорителя протонов — синхрофазотрона на энергию 50—60 Гэв. Требовалось, во-первых, строить этот грандиозный научно-исследовательский комплекс в глубине страны; во-вторых, опоры кольцевого магнита практически не должны были давать осадку (ученые допускали осадку всего лишь в 0,2 мм при весе магнита около 20 тыс. т). Это требование предопределило расположение всего сооружения — а диаметр его равнялся 472 м — на прочных скальных коренных породах.

Все наши попытки подобрать площадку в районах Урала или Сибири (не говоря уже о Средней Азии) оказались безуспешными, потому что выходы коренных скальных пород оказывались в сейсмических районах (как правило, не менее 4 баллов). А это недопустимо для объекта, требующего точнейшей постоянной фиксации оси вакуумной камеры. В конце концов сложилось убеждение, что площадку надо искать не в скальных, а в районах, сложенных осадочными каменными породами, и прежде всего прочными известняками. После внимательного изучения геологической карты и сравнения ряда вариантов выбрали приокские районы, в частности окрестности Серпухова. Правда, мы не выполняли первое условие — подальше от Москвы. Но определяющим было все-таки второе — безосадочность опор.

После внимательного рассмотрения правительством всех материалов в 1958 г. был принят Серпуховский вариант. Строительство возглавил Михаил Михайлович Царевский, которого в дальнейшем (из-за болезни М. М. Царевского) заменил Станислав Филиппович Мальцев.

Одновременно с подготовительными работами — строительство железной и автомобильной дорог, производственных предприятий — мы развернули широкие геологические исследования для уточнения наивыгоднейшего положения синхрофазотрона, так как знали, что в этом районе, как, впрочем, и во всех зонах известняковых отложений, имеются поверхностные карстовые отложения. В результате удалось разместить все магнитное кольцо и его опоры на местности с минимальным числом карстовых воронок и трещин.

Правда, полностью избежать их не удалось. Закарстованность известняков была весьма неравномерной как по площади, так и в вертикальном разрезе. На площади в 4 кв. км было зафиксировано 55 карстовых воронок. Выбор первоначального местоположения кольца ускорителя производился в основном в зависимости от поверхностных форм карста: кольцо было расположено вне таких карстовых воронок. Однако при выборе проектного (окончательного) местоположения кольца ускорителя были учтены и подземные формы карста — ослабленные трещиноватые зоны в толще известняков.

Большинство таких крупных трещиноватых зон (10 из 14) было сосредоточено в южной половине кольца (см. схему). В северной же половине кольца преобладали в основном мелкие и средние трещиноватые зоны длиной от 5 до 20—25 м, шириной 5—15 м. Степень разрушенности известняков в этих зонах была вдвое меньше.

На основании карты трещиноватых зон центр кольцевого фундамента переместили к северо-западу на 28,7 м. Такое смещение позволяло более рационально расположить кольцевой фундамент основного сооружения. Всего на участки трещиноватых зон приходится 140 м, что составляет лишь 9,4% всей длины кольца.

Схема расположения оси фундамента кольцевого зала по отношению к карстовым явлениям на площадке ускорителя

Следует заметить, что проведенные геофизические исследования в связи с уточнением положения Серпуховского ускорителя являются совершенно уникальными по своей глубине и тщательности.

Закарстованные участки в основании кольцевого и экспериментального залов ускорителя не представляли собой свободных пустот в грунте, а, как правило, были заполнены теми или иными видами разборных пород. Поэтому вначале предполагалось укреплять эти участки путем их цементации. Однако при тщательной проработке связанных с этим гидрогеологических вопросов обратили внимание на то, что сама по себе цементация в конкретных условиях данной площадки вела лишь к омоноличиванию небольшого объема породы, но не улучшала практически прочность основания. Кроме того, искусственное омоноличивание сопровождалось и некоторыми отрицательными явлениями: появлялась физическая неоднородность основания, ухудшалась возможность дренажа вод по трещинам, нарушался природный температурный и гидрогеологический режим и т. д.

В результате тщательного анализа, сопровождавшегося большими натурными исследованиями, было признано целесообразным не нарушать существующего природного равновесия основания и посадить фундаменты ускорителя без ранее намечавшейся цементации трещиноватых зон известняков. Впоследствии опыт эксплуатации ускорителя подтвердил безусловную правильность такого решения.

В январе 1960 г. был вынут первый кубометр земли под котлован основного комплекса ускорителя. Кольцевой магнитный зал из сборных железобетонных элементов длиной по окружности около 1500 м располагался в среднем на 8 м ниже поверхности земли. Кольцевой туннель ускорителя сооружался открытым способом в котловане, при разработке которого выбрано 384 тыс. куб. м грунта. Объем сборных железобетонных конструкций кольцевого зала составляет 15 560 куб. м.

Общий вид строительства Серпуховского ускорителя

Учитывая весьма большой диаметр кольцевого магнитного зала и соответственно периметр его стен, правильный выбор их конструкций имел большое значение. Во-первых, стены должны принять значительное давление (до 8 т/м²) грунтовой обваловки, выполнявшей функции биологической защиты от излучения. Во-вторых, следовало думать и о стоимости этой биологической защиты. При большой протяженности магнитного зала выигрыш в стоимости вносил существенный вклад в общую экономическую эффективность конструкции зала в целом. Наконец, требовалась максимальная индустриализация работ.

Вариант монолитных железобетонных стен был отвергнут, как неиндустриальный, требующий большого количества опалубки и не обеспечивающий высокие темпы работ (тем более зимой). Варианты сборных плоских железобетонных ограждений также оказались неудачными, так как потребная по расчету толщина плоских сборных панелей была слишком велика.

В конечном счете за основной был принят вариант стенового ограждения из тонких железобетонных панелей, имеющих корытообразную, арочную форму (см. рис.). Арочная форма панели позволила избежать значительных изгибающих напряжений в ней. Панель работала преимущественно на сжатие, что позволило, несмотря на большие нагрузки, ограничить толщину панели двенадцатью сантиметрами. При такой толщине вес одного квадратного метра панели составлял около 300 килограммов (монолитное плоское ограждение было бы тяжелее вдвое).

Стеновая панель кольцевого зала ускорителя

Верхней биологической защитой магнитного кольца служит пятиметровая обваловка из грунта, общий объем которой с учетом засыпки пазух составляет 383 861 куб. м.

Из отдельных конструкций синхрофазотрона, общий вид которого представлен на схеме, мне хотелось бы отметить стальные мосты, на которых покоится магнитное кольцо, и алюминиевые фермы экспериментального зала.

Схема-генплан синхрофазотрона на 70 Гэв:

1 — кольцевой магнитный зал; 1-А — здание инжектора; 1-БВ — экспериментальный зал; 5 — вентиляционные домики; 7, 8 — лабораторные корпуса; 10 — энергокорпус; 11 — вычислительный центр; 13 — столовая; 18 — криогенное хозяйство

Мосты магнитного зала ускорителя должны были иметь минимальные габариты по высоте, так как ими в известной степени определялась высота всего зала. И вместе с тем конструкция должна иметь надлежащую жесткость. Мосты обеспечивали возможность размещения магнитов группами для облегчения регулировки их положения. Наиболее экономичной оказалась консольная схема моста. Конструкция моста представляла собой стальную балку коробчатого сечения, что в сочетании с развитой системой продольных и поперечных ребер жесткости обеспечивало требуемую малую деформативность. Вес металлоконструкции одного моста достигал 22,4 т. Всего в магнитном зале размещено 120 мостов. На них и устанавливались (с винтовыми котировочными столиками) опорные части магнитов.

Балансирная опора обеспечивала мосту необходимую подвижность вдоль его оси, давала возможность регулировать положение моста и исключала возникновение излишних продольных усилий. Общая же схема опоры балки моста (фактически на три точки) создавала условие четкой передачи нагрузки на фундаментные железобетонные устройства.

Уникальность алюминиевого арочного перекрытия экспериментального зала заслуживает хотя бы краткого описания его конструкции и приемов монтажа.

Все здание длиной 156 м и пролетом 90 м перекрыто арочными фермами из специального сплава алюминия, по которым уложена кровля из утепленных алюминиевых панелей (перекрытия спортзала стадиона в Лужниках выполнены из углеродистой стали с пролетом 78 м). Было установлено 14 арочных пространственных ферм треугольного сечения и весом в 1985 кг каждая. Чтобы исключить применение сложной оснастки и тяжелых кранов, решили монтировать фермы из пяти элементов: двух опорных, двух боковых полуарок и одной центральной замыкающей арки. Сборка и маркировка ферм производилась на специальном кондукторе. Сначала монтировались на фундаментах опорные части, затем устанавливались боковые полуарки, которые пристыковывались нижним концом к опорным частям, а верхний конец укладывался на монтажную колонну. После закрепления боковых полуарок монтировалась средняя замыкающая арка, также опирающаяся на верхнюю рабочую площадку монтажных колонн. На этих временных колоннах были закреплены домкраты для подгонки стыков при сборке. Все стыки арок соединялись болтами. Для придания фермам боковой устойчивости их попарно соединяли монтажными сваями, которые снимались по мере монтажа кровельных панелей.

Монтаж ферм перекрытия

Готовая часть перекрытия

Кровельные панели имеют длину 6 м и ширину 3 м и состоят из двух гофрированных алюминиевых листов с утеплителем между ними. Вес одной плиты 400 кг. Весь монтаж перекрытия монтировался по поточной схеме, т. е. с подъемом конструкций в проектное положение с колес бригадой монтажников из 14 человек. На монтаже было использовано весьма ограниченное количество подъемных средств: башенный кран БК-151 грузоподъемностью 15 т, кран БКСМ5-5Б грузоподъемностью 5 т и одна автомашина с вышкой ВИ-23.

14 октября 1967 г. на построенном ускорителе получен пучок протонов с энергией 70 Гэв, а в процессе эксперимента зарегистрированы протоны с энергией 76 Гэв. Научно-исследовательский комплекс с крупнейшим в мире синхрофазотроном вступил в строй.

Завершая рассказ о сооружении ускорителей, не могу не вспомнить об одной тяжелой аварии. Произошла она на строительстве синхрофазотрона Института теоретической и экспериментальной физики Академии наук СССР в Москве.

Во время укладки теплой кровли на уже готовом экспериментальном корпусе внезапно рухнуло вниз все перекрытие, сгибая верхние стойки стальных колонн и ломая смонтированные мостовые краны… Несколько суток специальная комиссия расследовала причины аварии. Однако ни журналы монтажных и строительных работ, ни акты поэлементной приемки конструкций, ни испытания качества металла не давали ответа. Наконец по моему настоянию была проведена тщательная проверка всех расчетов стальных конструкций и здания в целом, выполненных специализированным проектным институтом. При проверке обнаружилось, что молодой проектировщик, участвовавший в составлении рабочего проекта конструкций, подсчитав половинную вертикальную нагрузку на колонну, забыл потом умножить результат на два. Таким образом, колонны после укладки кровли получили двойную нагрузку против проектной. Верхние наиболее слабые части колонн, естественно, не выдержали этой перегрузки, согнулись, и все перекрытие рухнуло. Выяснилось и такое обстоятельство: если бы нагрузка была подсчитана правильно, то колонна была бы сконструирована из профилей тех же номеров, но с несколько большей толщиной стенок. Вот поэтому даже опытные инженеры, монтируя стальные конструкции корпуса, не смогли на глаз обнаружить ошибку.

Эта строительная авария была, пожалуй, самой тяжелой на протяжении всей моей строительной практики. И тогда, и сегодня, спустя много лет, вспоминая это тяжелое происшествие, я могу сделать только один вывод: проверять строго и повторно все расчеты статически ответственных элементов конструкций. Опасно и пагубно пытаться экономить на контрольно-проверочных расчетах в проектных организациях.

В шестидесятых годах на границе пустыни Кызыл-Кум, в районе ст. Керминэ Ташкентской ж. д., вырос прекрасный город Навои, город химиков, металлургов и энергетиков. Несколько фотоснимков, помещенных в этой книге, дают лишь слабое представление об этой жемчужине Узбекистана.

Коллектив его создателей заслуженно отмечен в 1969 г. Государственной премией. О городе не раз писали наши журналы, ему посвящались передачи телевидения, так что нет нужды подробно говорить о нем сейчас. Да и я принимал участие в этом строительстве лишь до 1964 г.

Но на два вопроса, связанных с Навои, мне хотелось бы обратить внимание читателя.

Навоийская ГРЭС на берегу реки Заревшан (мощностью в настоящее время 840 тыс. квт) была спроектирована Среднеазиатским отделением института Теплоэлектропроект в открытом варианте, подобно строившейся в то время Сумгаитской ТЭЦ в Азербайджане и некоторым тепловым электростанциям в США.

По первоначальному проекту заключить в отдельные кабины предполагалось только приборы и щиты управления, а котлы и турбины устанавливать на открытых площадках. Мостовые краны при этом, как обычно, опираются на подкрановые пути по балкам, уложенным на консоли металлических колонн.

По существу, создавался каркас здания, но без стен и перекрытия. Такую схему проектировщики мотивировали теплым климатом и стремлением к удешевлению станции.

Это решение у нас, у строителей, вызвало серьезные возражения. Ведь следовало принять во внимание частые в этом районе пылевые бури, несущие песок и мельчайшую лессовую пыль. Они неизбежно привели бы к крайне быстрому износу движущихся частей турбин генераторов, засорению вентилей и задвижек. Мы рекомендовали отказаться от открытого решения и закрыть здание легкими (учитывая климатические условия Узбекистана) панельными конструкциями. Проектировщики согласились закрыть в камеры и шатры только наиболее уязвимые места, которыми считались органы регулирования и парораспределения, подшипники турбин, горелки котлов и т. д.

Над цилиндрами высокого давления турбин установлены кабины со съемными крышками, системами обогрева, вентиляции и освещения. Над цилиндрами низкого давления установлены кожухи, а над котлами — шатры. Проектом предусмотрено, что ремонт оборудования должен производиться в такое время года, когда нет сильных ветров и атмосферных осадков. А температура? Ведь в зимнее время в районе Навои бывает до —24° C, а летом до +46° C! Не так-то просто производить ремонт на открытой площадке, тем более такие работы, как центровка ротора, шабровка разъемов цилиндров турбин, требующие высокой точности.

Практика эксплуатации показала, что проектом предусмотрены не все необходимые меры для обеспечения надежной работы оборудования. Пришлось делать дополнительные укрытия и утепления. И в конечном счете все эти устройства свели на нет экономию, которую сулила открытая установка.

Один раз в два-три года зимой в этом районе длительное время держатся отрицательные температуры со снегопадами. В такое время площадка обслуживания агрегатов обледеневает. Обслуживание оборудования в таких условиях очень затруднено. Кроме того, приходится тщательно утеплять импульсные трубки приборов теплового контроля, т. к. замерзание их (и отказ приборов) может привести не только к серьезным нарушениям режимов, но и к авариям… Вряд ли здания, закрытые легкими панелями, были бы в целом дороже, чем всевозможные шатры и кабины и дополнительные трудности в эксплуатации ГРЭС[18].

Изучение этого вопроса убеждает, что открытый вариант ГРЭС приемлем лишь в исключительно благоприятных климатических условиях. Достигаемая при этом экономия должна сопоставляться с эксплуатационными условиями. В пределах СССР я практически не вижу районов, где можно было бы рекомендовать сооружать ГРЭС в открытом исполнении. Отрадно отметить, что Теплоэлектропроект, руководствуясь техническим решением Министерства энергетики и электрификации, принятым на основе изучения опыта строительства и эксплуатации открытых электростанций в СССР, отказался от проектирования в дальнейшем электростанций с открытой установкой турбин.

Новые дома г. Навои

Навоийская теплоэлектростанция

Застройка центральной части г. Навои

Почти все здания Навои, а также ряд промышленных сооружений основаны на лессовых грунтах. Если на этот грунт попадает вода — а это может быть при обильной поливке насаждений, при неисправности водопроводной и канализационной систем, — то происходит существенная и, как правило, неравномерная его просадка. Так случилось, например, в первом микрорайоне города, где несколько панельных домов были спроектированы без учета просадочности грунтов. Вода попала под фундаменты, и начались неприятности. В процессе эксплуатации подземных коммуникаций корпуса 302 вода попала в тоннель подземных коммуникаций, оттуда просочилась под основание фундамента, что явилось причиной просадки корпуса и повреждения конструкций.

Во всех этих аварийных случаях проводилось упрочнение грунтов под фундаментами сооружений методом электросиликатизации.

В чем суть этого метода, чем он отличается от простого нагнетания под давлением в грунт жидкого стекла? Дело в том, что для ряда грунтов с малым коэффициентом фильтрации проникновение жидкого стекла в поры грунта под воздействием только одного давления крайне затруднительно, а порой и невозможно. В результате же воздействия на жидкое стекло, фильтрующееся в грунт под давлением, постоянного электрического тока проникновение в грунт возрастает в несколько раз по сравнению с обычной фильтрацией.

Для навоийских грунтов коэффициент фильтрации составлял всего 0,68—1,21 метра в сутки. Это и предопределило необходимость применения в аварийных случаях именно электросиликатизации, а не простой фильтрации жидкого стекла под давлением.

Технология этого способа изложена в приложении. Здесь же отмечу, что электросиликатизадия во всех случаях приносила успех. Относительная просадочность грунта уменьшалась с 17,5% до 0,5—0,1%. Грунт, не имевший практически никакой связности и расплывавшийся полностью при замачивании водой, в первую же минуту электросиликатизации приобретал устойчивую (даже при длительном воздействии воды) прочность на сжатие от 4,5 до 16 кг/см².

Правда, стоимость этих работ была в Навои сравнительно высока — около 15 руб. за кубический метр уплотненного грунта. Однако бесспорная эффективность и надежность этого уплотнения заставила применять его не только для ликвидации аварийных просадок, но в отдельных случаях и для профилактики оснований строящихся зданий.

Наряду с электросиликатизацией на строительстве в Навои в опытном порядке применялся и другой способ укрепления грунта — глубинный обжиг. Эти работы проводились кафедрой оснований и фундаментов Московского инженерно-строительного института им. В. В. Куйбышева. Делалось это так.

На месте обжига грунта пробуривается скважина на проектную глубину. Вход в скважину плотно закрывает металлическая крышка с несколькими отверстиями. В одно из них вставляется оптический пирометр для замера температуры обжигаемого грунта. К другому отверстию подходит шланг, по которому от компрессора нагнетается воздух, необходимый для сгорания природного горючего газа, подаваемого по отдельному шлангу. Расход, давление воздуха и газа также фиксируются контрольно-измерительным прибором. Скважина по всей глубине должна прогреваться до температуры 800—1000° C (оплавление грунта не допускается). После завершения обжига скважину заполняют грунтом, который плотно утрамбовывается.

Таким образом, получается своеобразный столб укрепленного грунта диаметром более 3 м и глубиной до 10 м. Образцы упрочненного грунта размером 7?7?7 см имели предел прочности на сжатие от 9,6 до 25,0 кг/см² и приобретали значительную водостойкость: после восьмимесячного пребывания в водной ванне не обнаружено каких-либо признаков разрушения образцов.

Несмотря на большую эффективность этого метода и его сравнительную экономичность (стоимость обжига 1 куб. м лессового грунта составляла в Навои всего 4 руб.), он не нашел широкого распространения и прежде всего из-за сравнительно большой опасности (возможен взрыв газа), трудностей подвода газа к скважине, необходимости ряда измерительных приборов на каждой скважине и на газовой сети.

Если бы собрать всего лишь по нескольку кинокадров о каждой стройке в нашей стране, то получился бы увлекательный многосерийный фильм! О месте строителя в нашей жизни, о том, как буквально на голом месте — в пустыне, в тундре или в тайге — по воле человека возникает жизнь, поднимаются корпуса предприятий, растут новые города…

Вот передо мной несколько фотоснимков. Пустынный берег Каспийского моря на полуострове Мангышлак. Так называемые «Камни» — причудливое нагромождение обломков скал у мыса Мелового. Редкие кусты саксаула и несколько юрт скотоводов… И первый палаточный городок изыскателей и строителей.

Здесь в 1958 г. в связи с открытием богатых нефтяных месторождений и некоторых полезных ископаемых нашему министерству поручили строить город, названный потом Шевченко. Понятно, что город — это не только жилье. Это и энергетическая база, и капитальный морской порт, и необходимые производственные предприятия.

До ближайшей железнодорожной станции Макат 360 км. Ни грамма пресной воды, ни киловатта энергии, ни удобного места для причала хотя бы небольших судов, изнуряющая жара летом и жестокие морозы с ветром зимой. В такой обстановке мы начинали организацию строительства, которое возглавлял сначала Дмитрий Семенович Захаров, а потом — многоопытный горный инженер Рубен Армаисович Григорян.

Палатки строителей будущего города Шевченко (1961 год)

Начали с того, что затопили у берега старую списанную металлическую баржу. Это был первый морской причал, позволивший принимать грузы с моря (прежде всего воду и продовольствие). Затем разыскали несколько мульд (подземные озерки) с засолоненной, но все-таки мало-мальски пригодной для питья и технических нужд водой. Пробурили скважины, протянули по поверхности первый водовод. Собрали первые щитовые бараки…

Строительство разворачивалось. Рос коллектив. Подходили все новые и новые корабли с материалами и оборудованием. Началось сооружение морского порта, первых жилых домов и новых водоводов…

Вскоре после начала строительства возник вопрос о сооружении железной дороги, которая соединила бы строительство, будущие предприятия и нефтепромыслы с существующей железнодорожной сетью от станции Макат. Мнения разделились. Проектировщики считали сооружение дороги крайне сложным и дорогим, а самое дорогу нерентабельной. Я был в числе убежденных сторонников строительства дороги. В конечном счете наша точка зрения победила. И в начале 1967 г. в Шевченко пришел первый поезд, торжественно встреченный строителями, эксплуатационниками, всем населением нового города. Дорога способствовала ускорению темпов строительства комбината и всего района в целом.

Строительство морского порта в г. Шевченко

Опреснительная установка в г. Шевченко

Первые дома г. Шевченко

Комплекс восьмиэтажных крупноблочных общежитий (г. Шевченко)

Микрорайон № 2 (г. Шевченко)

Сейчас здесь заканчивается строительство атомной электростанции. Значительная часть вырабатываемого реактором тепла пойдет на мощные высокоэффективные установки для опреснения морской воды.