Проектирование подземных сооружений вблизи архитектурных памятников

Февраль, 2017

Анализ результатов натурных исследований за изменением во времени напряженно-деформированного состояния массива грунта при устройстве глубоких котлованов позволил установить, что скорость деформирования грунтов, характерных для территории островной части Санкт-Петербурга, при нарушении их структурных связей возрастает на 1-2 порядка. 

Строительство второй сцены Мариинского театра

Строительство второй сцены Мариинского театра

Проектирование подземных сооружений

Если на производстве работ нулевого цикла удается сохранить природное сложение грунта, первые сантиметры горизонтального смещения ограждения котлована могут накапливаться на протяжении нескольких недель и даже месяцев, а при нарушении структурных связей они происходят в течение нескольких часов или суток. Здесь возникает весьма существенный вопрос, каким путем следует идти при проектировании подземного сооружения.

  • Первый путь заключается в максимальной «эксплуатации» свойств грунтов природного сложения. В этом случае затраты на распорные и ограждающие конструкции  оказываются минимальными. При этом высок риск утраты природных структурных связей вследствие нарушения технологии, проявления техногенных воздействий на площадке и вокруг нее. Могут быть нарушены и установленные проектом сроки производства работ. Все эти риски вполне реальны и могут привести к негативным последствиям вплоть до разрушения объекта инженерной реставрации и соседней застройки.
     
  • Второй путь заключается в том, что изначально предполагается неизбежность нарушения структурных связей в грунте либо возможность неопределенной задержки сроков производства работ по устройству котлована. В этом случае грунт работает как «тяжелая жидкость» и мероприятия, обеспечивающие допустимые деформации соседней застройки, оказываются за гранью экономической целесообразности.

Очевидно, что и первый, и второй путь сами по себе ведут в тупик: первый не обеспечивает надежность соседней застройки, второй закрывает всякие перспективы подземного строительства. 

Главный принцип освоения подземного пространства – не навреди! Этому подчинен выбор проектного решения и технологии ведения работ. Проект, основанный исключительно на предположении о сохранности структурных связей в грунте и не имеющий инструментов по противодействию аварийному сценарию развития событий, не имеет права на существование.

Основные принципы проектирования

Как показывают проведенные исследования, поиска третьего пути здесь не требуется, достаточно увязать между собой первый и второй путь решения проблемы. Целесообразно ввести следующие требования к проектированию глубоких котлованов: расчеты подземных сооружений в условиях городской застройки необходимо проводить по двум группам предельных состояний – как для самого проектируемого сооружения, так и для соседней застройки.

Расчет по второй группе предельных состояний (по деформациям) должен выполняться, исходя из требований по допустимым дополнительным деформациям соседней застройки от всей суммы воздействия, связанной со строительством объекта. На основании этого расчета выбирается конструкция ограждения котлована и система его крепления, обеспечивающая допустимые деформации соседней застройки при принятой последовательности и скорости производства работ с соблюдением штатных технологических режимов. 

Для реализации проектных решений, в основу которых положен принцип сохранения природного сложения грунта, необходимо:

  1. Ограничить техногенные воздействия в период устройства котлована (не допускать динамических воздействий как внутри котлована, так и вокруг него, исключить работы по устройству свай, погружению шпунта и т.п., ограничить движение транспорта вокруг котлована).
  2. Не допускать нарушений последовательности ведения работ и щадящих технологических режимов.
  3. Строго соблюдать проектные сроки каждого этапа работ по устройству котлована.

В этом случае в расчетах развитие деформаций во времени можно описывать вязкопластической моделью, а начальная вязкость будет наибольшей. Очевидно, существуют высокие риски нарушения этих условий по объективным и субъективным причинам (задержка финансирования объекта, ошибки строителей и пр.).

Здесь вполне уместна аналогия с общепринятым сегодня подходом по противодействию прогрессирующему разрушению: ошибка в производстве работ или задержка сроков их выполнения не должны приводить к катастрофическому разрушению соседней застройки. Поэтому необходимо ввести в практику понятие расчета соседней застройки по первой группе предельных состояний. Нарушение щадящих технологических режимов и сроков производства работ не должно приводить к разрушению соседней застройки.

FEM-models

Модель Каменноостровского театра, реализованная в программном комплексе «FEMmodels»
Источник: georec.pro

Расчеты по первой группе предельных состояний для соседней застройки следует выполнять из условий обеспечения прочности и устойчивости основных несущих конструкций на основе их совместного расчета с основанием.  Усилия в конструкциях порождаются деформациями основания, обусловленными податливостью ограждения котлована.  Деформации основания и ограждения котлована определяются расчетом для каждого предусмотренного проектом этапа работ по устройству котлована с учетом предельного нарушения структурных связей в грунте и максимальной задержки сроков производства работ.

Разработанная вязкопластическая модель, реализованная в программном комплексе «FEMmodels», позволяет реализовать изложенную методологию расчета соседней застройки по двум группам предельных состояний и тем самым обеспечивает возможность безопасного подземного строительства в условиях городской застройки на водонасыщенных глинистых грунтах.

В рамках вязкопластической модели полная потеря структурных связей в грунте или максимальная задержка сроков выполнения работ описывается минимальным значением начальной вязкости. Иными словами, каждый этап производства работ предполагается бесконечно долгим или (что то же самое) на каждом этапе реализуется конечная деформация.

Исходя из расчетов по первой группе предельных состояний для соседней застройки, с учетом совместной работы конструкций соседних зданий и основания определяется предельная осадка зданий, соответствующая наибольшим усилиям в их конструкциях. Параметры ограждения должны быть выбраны таким образом, чтобы удовлетворить потребности по двум группа предельных состояний.

В техническом отношении превышение допустимой осадки (эта величина, ограничивается, например, действующими петербургскими и московскими нормами) означает частичную или полную потерю эксплуатационной пригодности здания. Превышение предельной осадки на первой группе предельных состояний для соседней застройки означает угрозу катастрофического обрушения.

В юридическом отношении превышение допустимой осадки означает возникновение имущественной ответственности виновной стороны, а превышение предельной осадки может быть связано с уголовной ответственностью.

Иногда такой подход называют «принципом светофора». Зеленый свет – отсутствие проблем, желтый включается, если деформации превышают допустимые значения, а красный загорается при превышении предельного уровня деформаций. Эти моменты возможного перехода в зону опасных режимов должны определяться расчетами, тестированными на целом ряде объектов.

Данная методология была успешно реализована при устройстве подземного пространства под Каменноостровским театром в Санкт-Петербурге. 

Автор статьи: Шашкин А.Г., генеральный директор ГК «Геореконструкция», д.г.-м.н., СПб,  2011 г.  

Дополнительные материалы по теме:

Особенности инженерно-геологического обоснования проектирования строительства сооружений метро больших городов России читать статью 

Различные подходы к реконструкции площади Восстания читать статью

Отправить комментарий

Защитный код
Обновить

Подписка на новости