Устройство подземных пространств в городской застройке
Устройство подземного пространства — необходимость современного города. Учитывая дефицит городских территорий, подземное строительство становится все актуальнее. Под землей могут располагаться переходы и паркинги, торговые помещения, специальные гражданские и промышленные объекты, многие другие инженерные сооружения. О технологических методах устройства подземных пространств в городской застройке редакция журнала попросила рассказать Р. А. МАНГУШЕВА, д. т. н., проф. Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.
В Санкт-Петербурге с учетом сложных инженерно-геологических условий проблема устройства подземных пространств становится актуальной и достаточно сложной в реализации. И прежде всего из-за сложных грунтовых условий. Наличие на значительной части территории города большой толщи слабых, водонасыщенных грунтов предъявляет особые требования к выборам метода производства работ и, в частности, креплению ограждающих стен котлованов, водоотливу и т. п.
Устройство котлованов в условиях плотной застройки центральной части нашего города может привести к необратимым деформациям. Историческая часть Санкт-Петербурга находится в более сложном, с точки зрения геологии, положении, чем в Москве.
Многие здания XVIII, IXX и начала XX вв. построены на фундаментах мелкого заложения, имеют многочисленные трещины и повреждения в несущих конструкциях. Для таких зданий любая дополнительная осадка во время производства котлованных работ традиционным способом может повлечь непредсказуемые последствия.
В предыдущих статьях я рассказывал о еще одной особенности нашего города — это наличие лежней (продольно уложенных стволов хвойных и лиственных деревьев). За более чем 200 лет существования города и техногенной деятельности человека произошло понижение уровня грунтовых вод, часть лежней оказалась в зоне аэрации, что в свою очередь привело к их гниению и последующей осадке сооружений.
Поэтому одна из главных задач — сохранение несущих конструкций существующих зданий.
Один из вариантов устройства подземных частей сооружений — монолитный фундамент коробчатого типа. Но в центральной части города это затруднительно. Дело в том, что в этом случае необходимо выполнять откосы котлованов, что приводит к уменьшению площади застройки. Забивка или даже задавливание шпунта по периметру котлована может привести к дополнительным осадкам зданий окружающей застройки.
Кроме этого, в случае технологически неправильного выбора метода водопонижения может произойти доуплотнение грунтов основания под фундаментами существующих зданий, что приведет к дополнительной осадке соседних зданий. Поэтому выбор метода водопонижения — вопрос серьезный.
Возведение нового здания в условиях уплонительной застройки, как правило, тоже может привести к дополнительной осадке существующих зданий.
Как этого можно избежать?
Прежде всего необходимо выполнить серьезное геотехническое обоснование проекта, которое предполагает обследование существующей застройки, выявление типа фундаментов окружающих зданий, наличие лежней под их фундаментами и т. д.
Геотехническое обоснование проекта должно моделироваться с применением расчетных программ. Например, Центр геотехнологий СПб ГАСУ приобрел в Голландии специализированную геотехническую программу PLAXIS, которая позволяет полностью смоделировать существующую геотехническую ситуацию при отрывке котлованов, устройстве его ограждений, загружении основания от нового здания и соседних и т. п. Эта программа дает возможность промоделировать и предсказать будущую строительную ситуацию: какие осадки и напряжения получат основания и фундаменты строящегося и существующих зданий, влияние на напряженно-деформированное состояние основания отрывки котлована и поведение конструкций его крепления, и т. д.
Когда приняты проектные решения, необходимо выбрать и назначить правильную технологию производства работ нулевого цикла — методы разработки грунта, водопонижения, способы погружения шпунта или свай и т. п.
И, наконец, при возведении здания необходимы постоянный мониторинг и геотехническое сопровождение за строительством и за окружающей застройкой.
Так, в настоящее время наш Центр геотехнологий проводит геотехническое сопровождение строительства двух зданий около отеля «Невский Палас».
Одним из современных щадящих методов ограждения котлованов, в том числе и глубоких (более 4 м), является метод «стена в грунте», неоднократно доказавший свою эффективность при грамотном проектировании и выполнении работ.
Он заключается в сооружении ограждающих и несущих стен подземных сооружений или противофильтрационных завес путем отрывки глубоких узких траншей под глинистым раствором с последующей укладкой в траншею бетона или сборных железобетонных элементов.
При устройстве монолитной бетонной или железобетонной стенки бетонная смесь укладывается в траншею методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ), глинистый раствор выдавливается, в дальнейшем очищается от шлама и используется повторно на следующих захватках.
Стены сооружений и ограждений котлованов, устраиваемые способом «стена в грунте», могут иметь различную форму в плане: прямоугольную, круглую, много-угольную и т. д.
Подземные стены подразделяются на траншейные и свайные, выполненные из соприкасающихся или пересекающихся свай. Траншейные стены могут со-оружаться непрерывными или секциями.
Траншейные и свайные стены могут быть: железобетонные, бетонные, грунтоцементные, глинистые, комбинированные.
Для монолитных стен применяют тяжелый бетон класса не ниже В15, для сборных конструкций — не ниже В22,5. В водонасыщенных грунтах используется бетон марки по водонепроницаемости не ниже W2, по морозостойкости не ниже F50.
Как правило, глубина котлованов для подземных помещений ограничивается 30–35 м,
а сама стена заглубляется в водоупор.
При котлованах больших размеров, внутри которых возводится здание или сооружение, ограждающие конструкции, выполненные методом «стена в грунте», используются как внешние стены подвальных помещений. В этом случае нагрузка от здания передается на фундаменты, не связанные с ограждающими стенами.
В случаях, подкрепленных соответствующими расчетами, сама конструкция стены в грунте, являющаяся ограждающей конструкцией котлована, может использоваться и как фундамент под внешние стены здания или сооружения. Толщина стен определяется расчетом в зависимости от передаваемых нагрузок от сооружения и бокового давления грунта.
Расстояние между стенками как правило принимается до 15–20 м из расчета прочности и устойчивости распорных конструкций. При расстоянии более 20 м устойчивость стен обеспечивается анкерами. Это наиболее простое и дешевое мероприятие.
Круглые или многоугольные в плане сооружения могут иметь различные конструктивные решения. Устойчивость стен таких сооружений обеспечивается армированным поясом и анкерами.
Одной из важных задач при устройстве конструкций методом «стена в грунте» является обеспечение устойчивости стенок траншей при их разработке — предотвращение оползания и обрушения грунта. Это особо актуально при разработке в слабых грунтах ниже уровня подземных вод.
Устойчивость глубоких и узких траншей обеспечивается использованием при производстве работ тиксотропных глинистых растворов — смеси глины с водой.
Состав глины подбирается в лаборатории в зависимости от гидрогеологических и геологических условий площадки строительства, требований водопроницаемости сооружения, а также экономических соображений. Наиболее эффективным типом является бентонитовая глина.
Плотность глинистого раствора при приготовлении его из бентонитовых глин принимается 1,05–1,15 г/куб. см, а при использовании глин других видов — 1,10–1,30 г/куб. см.
Выемки для траншейных и свайных стен устраиваются с использованием специальных или приспособленных для этой цели землеройных или буровых механизмов: долотовых или роторных (на базе буровых станков), экскаваторов (с обратной лопатой или ковшом-драглайн, многоковшовых), специальных (вибрационных, фрезерных, буровых), бурофрезерных, подвесных или штанговых грейферов.
При устройстве сборных траншейных или свайных стен после разработки грунта на каждой захватке выполняется погружение сборных элементов после их насыщения водой. При использовании глинистой суспензии производится замена ее тампонажным раствором, в состав которого входят цемент, бентонит, глина, песок, вода и химические добавки для его пластификации и замедления сроков твердения. Плотность тампонажного раствора принимается 1,55–1,8 г/куб. см и должна обеспечить вытеснение глинистого раствора из траншеи или скважины.
Непосредственно в точке бурения цементная суспензия смешивается с грунтом под влиянием вращающихся вокруг горизонтальной оси колес — таким образом получается смесь, используемая в дальнейшем для формирования несущих и ограждающих стен. В самой нижней точке головки вмонтирован телескоп, и по монитору можно следить за процессом в месте бурения.
В Санкт-Петербурге для устройства ограждающих конструкций методом «стена в грунте» основным является способ соприкасающихся свай, иногда в сочетании с устройством цементационных «шпонок» или сиcтемы закрепления грунтов Jet grouting для обеспечения водонепроницаемости конструкции.
В заключение, по просьбе нашей редакции, Рашид Александрович рассказал о фундаментах для высотного домостроения.
— В 2006 г. в Санкт-Петербурге появились Территориальные строительные нормы для строительства жилых и общественных высотных зданий ТСН 31-332-2006. Этот документ был разработан с учетом существующих правил г. Москвы под эгидой Ленниипроекта с участием специалистов СПб ГАСУ.
Для строительства высотных зданий необходим совершенно другой подход, прежде всего в проведении инженерно-геологических изысканий. На основе этого этапа работы должна быть получена максимально подробная и точная информация о грунтах, для чего требуются более тщательные полевые испытания. На базе сведений о характере грунтового основания базируются расчеты и проектирование подземной части сооружения. Специалисты, принимавшие участие в составлении строительных норм, пришли к мнению, что устройство высотного сооружения на плитных фундаментах следует избегать, несмотря на то, что это технологичный и экономичный вариант, выгодный для заказчика.
Высотное сооружение должно быть надежно заанкерено в грунт, поэтому фундамент должен быть либо свайным, плитно-свайным, либо иметь заглубленные этажи,
т. е. развитое подземное пространство. Даже если осадка грунта при неглубоком фундаменте может быть в пределах допустимого, само сооружение может потерять устойчивость, что приводит к деформации здания.
Желательно, чтобы фундамент глубокого заложения доходил до прочных грунтов. В Санкт-Петербурге, к примеру, это протерозойские отложения, в частности, кембрийские глины, но в любом случае для каждого конкретного здания надо тщательно выявлять все сложности грунтового основания.
Проектирование фундамента высотного здания должно быть многовариантным, с численным моделированием по разным вычислительным программам.
К фундаментам, пригодным под высотное домостроение, относятся и традиционные свайные фундаменты из предварительно изготовленных свай (забивных или вдавливаемых), а также свай, изготавливаемых в грунте по различным технологиям. Кроме того, для высотных сооружений возможно устройство подземных пространств по технологии «стена в грунте». «Стена в грунте» устраивается из буровых свай, выполненных в грунте соприкасающимся, секущимся или щелевым способом.
Фундамент глубокого заложения, пригодный для высотного здания, также может быть устроен методом опускного колодца или погружением свай-оболочек. Метод свай-оболочек, погружаемых вибрационной технологией, может быть применен на строительных площадках, где не имеется плотной окружающей застройки.
Исходя из задач и условий застройки, любой из этих видов фундамента может служить опорой под высотное здание, любой из них выполняет главную задачу — обеспечение устойчивости и надежности здания.
| Автор: по материалам редакции Дата: 30.10.2007 Журнал Стройпрофиль 7-07 Рубрика: геотехнологии, фундаменты Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |