CC BY
60
ВЕСТНИК .-f««..«
5/2012
УДК 624.014
Р.А. Мангушев, Н.С. Никитина*, Е.В. Городнова
ФГБОУ ВПО «СПбГАСУ», *ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ЧИСЛЕННОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ НА СКЛОНЕ
Рассматриваются вопросы подготовки строительной площадки для возведения многоэтажного каркасно-монолитного здания бизнес-центра с четырехуровневым подземным пространством, запроектированном на 30-метровом склоне р. Дон в г Ростове-на-Дону.
Ключевые слова: строительство на склоне, метод конечных элементов.
1. Инженерно-геологические и гидрологические условия площадки строительства. Строительство здания бизнес-центра «Пять морей» в г. Ростове-на-Дону предполагалось выполнить на правобережном склоне р. Дон. По данным отчета об инженерно-геологических изысканиях площадки, выполненном ООО «Геострой-Плюс» в 2005 г., установлен сложный рельеф участка. Северная часть участка полого наклонена на юго-запад и имеет абс. отм. поверхности 35,54...29,74 м. Южная часть участка обрывается крутым уступом в сторону р. Дон (высота уступа 11.17 м) и выходит на пойменную террасу с абс. отм. 4,50.9,50 м. В средней части уступа наблюдаются отвесные участки высотой 3.4 м, где на дневную поверхность выходят породы неогенового возраста (известяк). грунты, слагающие основание строительной площадки представлены осадочными дисперсными глинистыми, песчаными и крупнообломочными грунтами четвертичного и неогенового возраста и полускальными грунтами неогена.
Специфическими грунтами участка являются насыпные грунты, просадочные суглинки, элювиальные и набухающие грунты.
Подземные воды представлены тремя водоносными горизонтами: первый — грунтовые воды техногенного происхождения, имеют эпизодическое распространение;
второй — приурочен к прослоям песков и разрушенных известняков, водоупо-ром служит сарматская глина, абс. отм. кровли водоупора 15,64.17,62 м, вода этого горизонта выходит на поверхность в виде родников на склоне, вызывая заболоченность участка;
третий — приурочен к сарматским пескам, тесно связан с водами р. Дон и разгружается в нее.
Подземные воды обладают агрессивностью по отношению к строительным конструкциям из бетона и железобетона.
На участке возможно развитие опасных геологических процессов: оползней и обвалов. Основными оползнеобразующими факторами являются: существенная крутизна склона;
наличие насыпных грунтов, которые на отдельных участках достигают значительной толщины;
наличие выходов подземных вод, которые разгружаются на склоне в долину р. Дон; техногенные воздействия.
2. Геотехническая ситуация. Здание имеет в плане эллиптическую форму в виде раскрывшейся морской ракушки с размерами 100*50 м. Подземная часть здания врезается в склон практически на всю его высоту (10,5 м). Ситуация дополнительно ос-
62
© Мангушев Р.А., Никитина Н.С., Городнова Е.В., 2012
ложнена тем, что в верхней части склона проходит автодорога, а в нижней, на берегу р. Дон, расположены частные дома коттеджного типа.
3. Конструктивное решение. Для обеспечения устойчивости откоса при разработке проекта производства работ по организации строительной площадки здания бизнес-центра было предложено устройство подпорных стен, которые позволили бы предотвратить сдвиг грунтов (оползни и обвалы), а также обеспечить нормальную эксплуатацию существующей автодороги.
Предварительные расчеты показали, что в данных инженерно-геологических условиях целесообразно применить буронабивные сваи с заделкой их нижнего конца в прочный подстилающий слой плотных песков. Для исключения негативного динамического воздействия на структурно-неустойчивые грунты были предложены специальные технологии устройства буронабивных свай.
При проведении расчетов по устройству строительной площадки под здание бизнес-центра ограждение стен котлована рекомендовано выполнить в виде двух подпорных стен:
стена № 1 из буронабивных касательных свай диаметром 350 мм, длиной 28 м расположена в верхней части склона. Абс. отм. головы свай — 32,10 м;
стена № 2 из буронабивных касательных свай диаметром 600 мм, длиной 28 м расположена в нижней части склона. Абс. отм. головы свай — 21,50 м.
Для повышения эффективности подпорных стен, удерживающих откос, в расчетную схему введены анкерные крепления, характеристики которых приведены в табл. Рекомендованные схемы и технология устройства грунтовых анкеров приведены на рис. 1 [1].
Рис. 1. Технология устройства анкеров фирмы «Бауэр»: а — проходка скважины с обсадкой трубами; б — установка анкера; в — инъецирование цементным раствором зоны заделки анкера с извлечением обсадных труб; г — предварительное натяжение анкера; д — рабочее состояние анкера; 1 — буровой станок; 2 — анкеруемое сооружение; 3 — обсадная труба; 4 — конусный наконечник; 5 — защитная полиэтиленовая оболочка; 6 — анкерная тяга; 7 — головка для цементации; 8 — цементное ядро; 9 — натяжное устройство; 10 — оголовок
Характеристики анкерных укреплений
Анкер Угол наклона к горизонтали w,град Полная длина анкера la, м Длина свободной части анкера f м длина зоны заделки анкера lb, м Усилие натяжения N, кН аР
1 40 15 9 6 500
2 34 14 8 6 100
3 40 9 5 4 100
4 35 9 5 4 300
5 40 11 7 4 100
4. Расчетное обоснование проекта. Расчетная модель «оползневой склон — существующая автодорога — подпорные стены — строительная площадка», учитывающая всю сложность геотехнической ситуации, приведена на рис. 2.
ВЕСТНИК
5/2012
Рис. 2. Расчетная схема модели
В предпроектном анализе геотехнической обстановки оценивалось напряженно-деформированное состояние основания существующего откоса и конструкций подпорных стен. В рамках поставленной задачи по подготовке проекта строительной площадки определялась величина максимальной равномерно распределенной нагрузки, которая не приведет к развитию недопустимых перемещений конструкций подпорных стен и поверхности основания. В расчетной схеме поверхность основания задана балочным элементом, который воспринимает равномерно распределенную нагрузку и позволяет контролировать величины вертикальных перемещений и их неравномерность.
Нормативная временная вертикальная нагрузка от подвижного состава на автомобильной дороге принималась по СНиП 2.05.03—84*. На расчетной схеме модели (см. рис. 2) автомобильная нагрузка А представлена в виде полосы равномерно распределенной нагрузки интенсивностью V (на обе колеи) — 0,98К кН/м.
При проведении расчетов использованы следующие допуски на величины вертикальных и горизонтальных перемещений конструкций:
1) предельный прогиб верха стены Д не должен превышать величины й0/75, установленной требованиями справочного пособия к СНиП 2.09.03—85 «Проектирование подпорных стен и стен подвалов» [3], где h0 — высота стены от ее верха до уровня сопряжения с плитой, т.е. до подошвы. В нашем случае h0 = 2800 см, следовательно, Д не может превышать 37 см;
2) предельные деформации основания — средняя осадка для гражданских многоэтажных зданий с полным железобетонным каркасом, установленная сП 50101—2004, не должна превышать 10 см;
3) предельные деформации основания — относительная разность осадок основания (Д-/Ци для гражданских многоэтажных зданий с полным железобетонным каркасом, установленная СП 50-101—2004, не должна превышать 0,002.
Расчеты производились с использованием программы геотехнических расчетов, реализующей метод конечных элементов в плоской постановке.
В результате анализа различных вариантов расчета было выбрано оптимальное конструктивное решение подготовки строительной площадки и получены следующие значения величин вертикальных и горизонтальных перемещений конструкций:
64
КБИ 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 5
1) горизонтальное перемещение верха стены № 2 в период устройства строительной площадки и передачи нагрузки на основание 0,9 кг/см2 (90 кПа) составило 2,2 см, за весь период строительства — 21,4 см, что не превышает предельного значения;
2) вертикальная деформация основания в период устройства строительной площадки и передачи нагрузки на основание 0,9 кг/см2 (90 кПа) составила 7,9 см, а относительная разность осадок основания (Ds/L) при этом составила 0,0017, что меньше предельно допустимых величин.
Вывод. Принятая расчетная схема и выполненные расчеты позволили обосновать использование подпорных стен для предотвращения обрушения откоса при устройстве строительной площадки под многоэтажное здание в сложных инженерно-геологических условиях г. Ростова-на-Дону.
Библиографический список
1. Основания, фундаменты и подземные сооружения / М.И. Горбунов-Посадов, В.А. Ильичев, В.И. Крутов и др. ; под общ. ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. М. : Стройиздат, 1985. 480 с. (Справочник проектировщика).
2. СНиП 2.05.03—84*. Мосты и трубы / Госстрой СССР. М. : Стройиздат, 1986.
3. Справочное пособие к СНиП 2.09.03—85 Проектирование подпорных стен и стен подвалов. М. : Стройиздат, 1990.
4. СП 50-101—2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. М. : НИИОСП им. Н.М. Герсеванова — филиал ФГУП НИЦ «Строительство», 2004.
Поступила в редакцию в апреле 2012 г.
Об авторах: Мангушев Рашид Александрович — доктор технических наук, профессор, заведущий кафедрой геотехники ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», г. Санкт-Петербург, 2-й Красноармейская, д. 4, 8 (812) 316-03-41, npk-cgp@yandex.ru;
Никитина Надежда Сергеевна — кандидат технических наук, профессор кафедры механики грунтов, оснований и фундаментов ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (499) 183-56-83, nsnikitina@mail.ru;
Городнова Елена Владимировна — ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО «СПбГАСУ»), г. Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 9, 8 (812) 314-90-13; e-gorodnova@mail.ru.
Для цитирования: Мангушев Р.А., Никитина Н.С., Городнова Е.В. Численное обоснование проекта производства работ для строительства многоэтажного здания на склоне // Вестник МГСУ 2012. № 5. С. 62—66.
R.A. Mangushev, N.S. Nikitina, E.V. Gorodnova
NUMERICAL SUBSTANTIATION OF THE PROJECT EXECUTION PLAN FOR THE CONSTRUCTION OF A MULTI-STOREY BUILDING ON THE SLOPE
The issues of preparation of a construction site designated for the accommodation of a monolithic multi-storey building of a business centre with four underground levels are considered in the proposed article. The building is to be built on the slope of the Don River bank in Rostov-Don. The slope length is thirty meters.
The structural design of the building in question, as well as the structural analysis performed in the course of the project substantiation procedures, have made it possible to substantiate the application of retaining walls required to prevent the slope failure in the course of the preparation of the construction site designated for the accommodation of a multi-storey building in the complex geotechnical environment of Rostov-Don.
Key words: slope construction, method of finite elements.
ВЕСТНИК 5/2012
References
1. Sorochan E.A., Trofimenkov Yu.G., edited by. Osnovaniya, fundamenty ipodzemnye sooruzheni-ya (Spravochnik proektirovshchika) [Beddings, Foundations and Subterranean Structures (Designer's Reference Book)]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1985, 480 p.
2. SNiP 2.05.03-84* Mosty i truby [Construction Norms and Rules 2.05.03-84*. Bridges and Pipes]. Gosstroy SSSR [State Committee for Construction of the Council of Ministers of the USSR]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1986.
3. Spravochnoe posobie k SNiP 2.09.03 85 "Proektirovanie podpornykh sten i sten podvalov" [Reference Manual to Construction Norms and Rules 2.09.03 85 "Design of Retaining and Basement Walls]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1990.
4. SP 50-101—2004. Proektirovanie i ustroistvo osnovaniy i fundamentov zdaniy i sooruzheniy [Construction Rules 50-101—2004. Design and Construction of Beddings and Foundations of Buildings and Structures]. Moscow, Scientific and Research Institute of Beddings and Subterranean Structures named after M.N. Gersevanov, 2004.
About the authors: Mangushev Rashid Aleksandrovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Geotechnics, St.Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (SPUACE), 4 2-nd Krasnoarmeyskaya St., St.Petersburg, 190005, Russian Federation; npk-cgp@yandex.ru; +7 (812) 316-03-41;
Nikitina Nadezhda Sergeevna — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Soil Mechanics, Beddings and Foundations, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; nsnikitina@mail.ru; +7 (499) 183-56-83;
Gorodnova Elena Vladimirovna — St.Petersburg State Transport University, 9 Moskovskiy prospect, St. Petersburg, 190031; Russian Federation; e-gorodnova@mail.ru; +7 (812) 314-90-13.
For citation: Mangushev R.A., Nikitina N.S., Gorodnova E.V. Chislennoe obosnovanie proekta proiz-vodstva rabot dlya stroitel'stva mnogoetazhnogo zdaniya na sklone [Numerical Substantiation of the Project Execution Plan for the Construction of a Multi-storey Building on the Slope]. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no 5, pp. 62—66.
66
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 5
