1 стр. из 1

В современных городах в условиях плотной застройки все более актуальной становится проблема строительства подземных сооружений, предназначенных для размещения автостоянок, торговых комплексов, пешеходных переходов, автомобильных развязок и т. д. Во многих европейских городах эта задача успешно решается, чему часто способствуют благоприятные геотехнические условия.

Ряд приморских городов, в том числе и Санкт-Петербург, относится к областям с крайне негативными условиями для строительства подземных сооружений. Например, для инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга характерно наличие мощной толщи (15–20 м) слабых глинистых грунтов текучей или текучепластичной консистенции. При низкой прочности эти грунты обладают сравнительно высокой плотностью, что обусловливает большие давления на ограждающие конструкции подземных сооружений.

При благоприятных геотехнических условиях — высоких механических характеристиках грунтов, низком уровне грунтовых вод, отсутствии существующих сооружений в зоне риска — разработка котлована под подземную часть сооружения выполняется с устройством естественного откоса. В противном случае требуется устройство ограждения котлована.

Принципиально ограждения могут выполняться по консольной схеме без дополнительных креплений и с креплением в одном или нескольких уровнях. Крепления выполняются в виде распорок, грунтовых анкеров и анкерных стенок с затяжками.

Ограждения котлована для глубоких подземных сооружений в большинстве случаев выполняются из металлического шпунта, секущихся или касательных буронабивных свай, методом стена в грунте. Заметим, что в любом случае поверхность ограждения со стороны котлована будет неровной, что требует устройства дополнительной наружной стены подземного сооружения.

При проектировании подземного со-оружения в зоне примыкания к существующим сооружениям необходимо принимать во внимание следующие факторы риска, которые могут привести к деформации окружающей застройки:
 изменение уровня грунтовых вод на примыкающей территории,
 технология устройства ограждения,
 устойчивость и податливость ограждения от статических нагрузок — давления грунта и примыкающих зданий.

Практика показывает, что уже на стадии выполнения работ по устройству ограждения могут происходить деформации окружающей застройки. При устройстве ограждения из свай под защитой обсадных труб по мере погружения и наращивания секций обсадной трубы производится разработка грунта в скважине, после зачистки забоя опускается армокаркас и производится бетонирование методом ВПТ. По такой технологии («КАТО») устраивалось ограждение на расстоянии около 3 м от дома №6 по ул. Малая Дворянская. Диаметр свай составлял 1,2 м. В процессе устройства самой стенки существующее здание получило осадку до 10 см и раскололось; его пришлось разобрать. Осадки наблюдались на расстоянии, соответствующем глубине ограждения примерно 30 м.

Еще один пример — устройство ограждения из секущихся буронабивных свай по другой технологии (CFA) у Московского вокзала в Петербурге. По этой технологии полый внутри шнек погружается ввинчиванием на всю глубину, через полость подается бетон, заполняющий скважину, после чего вибропогружается арматурный каркас. В результате устройства такой стенки существующие дома получили осадку более чем на 20 см и пришли в аварийное состояние; их пришлось разобрать.

В чем опасность использования таких технологий устройства ограждения в условиях плотной застройки? Специальных исследований влияния технологии на окружающий массив грунта в Санкт-Петербурге не проводилось. Обычно в таких условиях ставят геодезические марки на существующих зданиях и фиксируют их вертикальные перемещения. Однако этого недостаточно для изучения качественного и, тем более, количественного влияния на окружающий массив грунта. В связи с этим могут быть названы наиболее вероятные причины, исходящие из логических умозаключений.

Например, при бурении скважины под защитой обсадных труб происходит снятие природного давления на забой скважины, что, очевидно, должно вызывать подъем грунта в скважине. При некотором снижении природного давления может произойти подток грунта в скважину. Из геотехнической практики известен случай, когда при бурении скважины на глубину 40 м подъем грунта произошел на высоту 30 м. Подток же грунта, очевидно, будет происходить из окружающего массива грунта, т. е. из-под зданий.

Дополнительным негативным фактором может быть вакуумный эффект при извлечении желонки или шнека из скважины. Следовательно, одним из факторов успешного применения такой технологии является оставление грунтового целика, исключающего подток грунта в скважину, или бурение скважины под водой. При устройстве свай по технологии CFA безопасным режимом бурения, очевидно, будет режим ввинчивания. Когда шнек доходит до плотного грунта, проворачивается практически на месте, в результате чего работает, как винт Архимеда, вынося грунт на поверхность.

Заранее сложно судить о том, насколько безопасна та или иная технология для существующей застройки. В нормативной же литературе отсутствуют не только методы, но и даже принципы, не описаны и подходы к расчету технологических влияний. Хотелось бы отметить, что слепое использование передовых зарубежных технологий не гарантирует их безопасности для окружающих зданий. Прежде чем их применять, необходимо выполнить специальные исследования, оценить характер и причины влияния на окружающий массив грунта, оценить количественное влияние, определить те технологические операции, которые опасны для окружающего массива грунта, установить зоны возможного риска.

Сейчас в Петербурге имеется широкая номенклатура оборудования для устройства «стены в грунте». Мы провели эксперимент для изучения влияния процесса изготовления стены в грунте на окружающие здания с измерением глубинных, поверхностных горизонтальных и вертикальных смещений грунта, уровня грунтовых вод. В примыкании к опытной площадке находились ветхие здания, которые подлежали сносу.

Максимальные осадки зданий при устройстве стены в грунте составили 18 мм — меньше предельно допустимых (20 мм). При вскрытии котлована осадки были нулевыми.

В процессе устройства «стены в грунте» горизонтальные смещения в массиве грунта составили до 1 см, падения уровня грунтовых вод практически не наблюдалось.

Эксперимент позволил выявить и операции, при которых проявляются подвижки массива грунта — такие, как длительные технологические перерывы, разработка валунов и т. п. Это первый успешный опыт применения «стены в грунте» в Санкт-Петербурге, который позволит применить технологию на других объектах строительства.

Следующий вопрос — вопрос водопонижения. При высоком уровне грунтовых вод требуется осушение котлована, что приводит к понижению уровня грунтовых вод на прилегающей территории с соответствующими суффозионными явлениями, осадкой грунта от собственного веса за счет снятия взвешивающего действия воды, гниением деревянных элементов фундаментов. При качественном изготовлении ограждения и погружении его до слоя водоупора эти проблемы оказываются неактуальными.

Одним из наиболее существенных факторов риска является работа ограждения при вскрытии котлована.

Существующие методы расчета ограждений котлованов нацелены, в основном, на расчет прочности и устойчивости ограждения котлована. В расчетах строятся эпюра активного и пассивного давления на ограждение, определяются максимальные изгибающие моменты и по ним рассчитывается сечение ограждения.

При строительстве в условиях плотной городской застройки более важным оказывается ограничение допустимых деформаций окружающей застройки, а следовательно, и ограждения котлована. По данным ряда статей, максимальная осадка поверхности примерно соответствует половине максимального горизонтального смещения ограждения.

В мировой практике разработано достаточно большое количество методов расчетов ограждения. Насколько эти методы действительно позволяют выполнить расчет ограждения, наглядно проиллюстрировано в публикации Швайдера (H.F.Schweiger).

В своей работе он использует результаты расчетов 17 групп специалистов одной тестовой задачи — перемещения ограждения глубокого котлована в Берлине. Не останавливаясь на деталях данных расчетов, отметим, что специалистами были получены крайне разноречивые оценки перемещения ограждения (от 7 до 70 мм), при этом фактические перемещения составили около 30 мм. В результате инвестор может выбрать любую организацию, которая ему удобна, и получить результат такой, какой ему нужен. К нам приходят на экспертизу курьезные расчеты, которые не только количественно, но и качественно неверно отражают истинную картину. Например, при вскрытии котлована на 8 м получают подъем дна котлована на метр, при этом окружающие здания имеют нулевую осадку. Или вскрытие котлована приводит на большом расстоянии подъем зданий на 20 см.

В 2006–2007 гг. фирмой НПО «Гео-реконструкция-Фундаментпроект» были организованы широкомасштабные инструментальные исследования работы ограждения котлована и основания при устройстве глубоких котлованов в Санкт-Петербурге на нескольких площадках.

Опытная площадка имела размеры в плане 31 м х 11,5 м. Ограждение опытного котлована было выполнено из полутруб диаметром 1 200 мм с раскреплением распорками. Глубина ограждения — 22 м. Производство работ по сопровождающему мониторингу на площадке выполнялось начиная со второго этапа экскавации — с относительной отметки минус 4 м до проектной отметки дна котлована минус 8,5 м. Ограждение получило смещение до 5 см при вскрытии котлована на 4,5 м. Нами выполнено сравнение различных методов расчета с фактическими смещениями.

Были подобраны более сложные модели, реализованные численными методами, позволяющие получать более близкое совпадение результатов. Следует обратить внимание на то, что максимальные смещения наблюдались ниже дна котлована. Максимальная осадка поверхности составила до 4 см, т. е. почти соответствовала максимальному горизонтальному смещению ограждения. Область развития осадок поверхности примерно соответствовала глубине устройства ограждения. Подобранные численные методы расчета для вертикальных смещений дали также удовлетворительное совпадение, хотя и несколько хуже, чем для горизонтальных смещений. Схема же, основанная на использовании характеристик грунта, получаемых в традиционных изысканиях, не позволяет прогнозировать осадку массива грунта, что представляется крайне опасным явлением.

Какие главные выводы можно сделать отсюда?

1. Опыт устройства подземных сооружений в условиях городской застройки свидетельствует о принципиальной возможности такого строительства в условиях Санкт-Петербурга.
2. Эффективность подземного строительства обеспечивается комплексным геотехническим сопровождением всех этапов реализации проекта: изысканий, расчетов, проектирования, ведения работ и последующей эксплуатации.
3. Максимальные осадки поверхности соответствуют максимальным горизонтальным смещениям ограждения. Зона риска при вскрытии котлована, как правило, соответствует или больше глубины устройства ограждения.
4. Далеко не все методы расчета и математические модели грунта позволяют верно выполнять прогноз работы ограждения и массива грунта. Для выбора адекватной теории требуется набор статистических данных по результатам обширных исследований на площадках строительства.
5. Максимальные горизонтальные смещения раскрепленных ограждений могут происходить ниже отметки дна котлована, в связи с чем эффективным является предварительное раскрепление ограждения котлована ниже его дна. Современные струйные технологии позволяют выполнять такого рода раскрепления, гарантируя надежность в наиболее опасных местах, снижая геотехнические риски до минимума.

Материалы конференции «Обеспечение безопасности при использовании современных технологий строительства подземных сооружений в сложных условиях городской застройки».

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!