CC BY
34Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 624.1
В.А. ИЛЬИЧЕВ1, д-р техн. наук, академик РААСН, Н.С. НИКИФОРОВА2 (n.s.nikiforova@mail.ru), д-р техн. наук, Ю.А. ГОТМАН3, канд. техн. наук, ген. директор, Е.Ю. ТРОФИМОВ1, инженер
1 Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, Россия, Москва, Локомотивный проезд, 21) 2 Московский государственный строительный университет (129337, Москва, Ярославское ш., 26) 3 ООО «Подземпроект» (125040, Москва, ул. Верхняя, 34, корп. 1, офис 503)
Эффективность применения активных и пассивных методов защиты окружающей застройки в зоне влияния подземного строительства
Рассматривается эффективность применения активных и пассивных защитных мероприятий для окружающей застройки, попадающей в зону влияния подземного строительства. Устройство пассивных защитных мероприятий одномоментно изменяет напряженно-деформированное состояние грунтового массива с подземными водами, вмещающего подземное сооружение, фундаменты зданий, подземные выработки (тоннели метро, коллекторы, коммуникации и т. д.). При устройстве активных защитных мероприятий для окружающей застройки в зоне влияния строительства подземных объектов изменение напряженно-деформированного состояния грунтового массива длится во времени. На основе геотехнического моделирования и анализа данных натурных наблюдений за осадками окружающей застройки в зоне влияния строительства подземных объектов были определены коэффициенты снижения к прогнозируемой без защитных мероприятий осадке окружающей застройки при применении активных или пассивных защитных мероприятий.
Ключевые слова: активная и пассивная защита, окружающая застройка, зона влияния.
V.A. ILYICHEV1, Doctor of Sciences (Engineering), Academician of RAACS, N.S.NIKIFOROVA2 (n.s.nikiforova@mail.ru), Doctor of Sciences (Engineering), YU.A.GOTMAN3, Candidate of Sciences (Engineering), Director General , E.YU.TROFIMOV1, Engineer 1 Research Institute of Building Physics of RAACS (21, Lokomotivniy Driveway, Moscow,127238, Russian Federation) 2 Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoe Highway, Moscow, 129337, Russian Federation) 3 Limited liability company «Podzemproekt» (34,Verhnya str, Moscow, 125040,Russian Federation)
The Efficiencyof Active and Passive Methods for Protection of Thebuildings Surrounding the Area of Underground Construction
The efficiency of using of active and passive methods for protection of the buildings located within the area affected by underground construction is considered. The construction of passive ways of protection changesinstantaneously the stress-strain state of soil mass with groundwater, which contains the underground structures, building foundations, underground winzes (subway tunnels, underground collectors, communications, etc.). During the construction of active ways for protectionof the buildings,which are located in the area affected by the process of construction of underground facilities, the stress-strain state of the soil masschanges gradually. According to the geotechnical simulation and the analysis of the data obtained from the observations of the precipitation of such buildings and constructions, the ratios reducing the settlement of a structure are established. These ratios characterize the decrease in the value of the building settlement when active or passive means of protection are used, in relation to the building sediment when no protection measure is used.
Keywords: active and passive protection, the surrounding buildings, affected area.
Для снижения прогнозируемых сверхнормативных осадок окружающей застройки в зоне влияния строительства подземных объектов применяют защитные мероприятия, которые можно разделить на две группы: пассивные и активные.
К пассивным защитным мероприятиям относится укрепление основания и усиление фундаментов окружающей застройки, устройство отсечных экранов - разделительных стен между подземной выработкой и существующим зданием или сооружением; к активным - распорки с домкратами, преднапрягаемые анкеры, выполняемое методом струйной технологии - Jet-grouting - закрепление грунта возле ограждения глубокого котлована и ниже его дна, модернизация технологии щитовой проходки путем нагнетания жестких бетонных смесей в заобделочное пространство, преднапря-гаемые тяжи для надземных конструкций здания.
6'2015 ^^^^^^^^^^^^^
Предложенные В.А. Ильичевым, Н.С. Никифоровой и М.М. Тупиковым [1, 2] методы прогноза осадок окружающей застройки в зоне влияния глубоких котлованов и коммуникационных коллекторов не распространяются на случаи реализации защитных мероприятий для окружающей застройки.
Для прогнозирования осадок окружающей застройки с защитными мероприятиями были проведены исследования, которым предшествовал анализ изучения состояния вопроса [3], направленный на установление коэффициента снижения осадки при применении активных и пассивных защитных мероприятий.
Согласно данным Н.С. Никифоровой применение свай усиления и отсечных экранов в среднем приводит к снижению осадки окружающей застройки при строительстве зданий с подземной частью в Москве примерно в два раза по сравнению с прогнозируемой без защитных мероприятий.
- 11
Доклады VI Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 1. Конечно-элементная расчетная схема с учетом пересадки существующего здания на буроинъекционные сваи
Для определения эффективности применения пассивных защитных мероприятий - буроинъекционных свай усиления - Ю.А. Готманом были выполнены геотехнические расчеты с помощью программы Р1_АХ!в 20 версии 8.5 с использованием модели упрочняющегося грунта (НагСеп1пдво1!тос1е!) по определению деформаций основания исторического трехэтажного здания с несущими кирпичными стенами на ленточных фундаментах, примыкающего к котловану проектируемого объекта «Офисный многофункциональный комплекс по ул. 2-я Брестская, д. 50/2 в г. Москве». Рассматривался вариант усиления фунда-
ментов здания буроинъекционными сваями по адресу: Москва, ул. Тверская, д. 2. стр. 1. Расчеты выполнялись на стадии предпроект-ной проработки пяти вариантов конструктивных и технологических схем устройства подземной части и трех типов устройства фундамента проектируемого многофункционального комплекса.
Пять вариантов трехъярусной распорной системы котлована многофункционального комплекса:
- первый: из стальных труб и плит перекрытий подземной части в центре;
- второй: из плит перекрытий подземной части с технологическим отверстием в центре;
- третий: из плит перекрытий подземной части с технологическими отверстиями в зоне лифтовых шахт, лестничных клеток;
- четвертый: трехъярусная распорная система из плоских стальных ферм ;
- пятый: трехъярусная распорная система из стальных труб.
Три варианта устройства фундамента:
1. Фундаментная плита на естественном основании толщиной 1500 мм.
2. Свайно-плитный фундамент с длиной свай 9 м и диаметром 800 мм.
3. Сваи длиной 13,5 м и диаметром 800 мм с плитным ростверком.
Для каждого варианта варьировались следующие параметры ограждения котлована: толщина «стены в грунте» 600; 800 мм; глубина «стены в грунте» 21; 27 м.
Таблица 1
Результаты геотехнического моделирования на объекте: офисный многофункциональный комплекс
по ул. 2-я Брестская, д. 50/2 в Москве
Номер варианта / номер расчета Варьируемые параметры Расчетные показатели
Глубина ограждения, м Толщина ограждения, мм Нижняя берма Пересадка здания на БИС Максимальное горизонтальное перемещение ограждения, мм Осадка здания по адресу: пл. Тверской Заставы, д. 2, стр. 1, мм
1/2 21 600 + - 17,25 17,14
1/9 21 600 - + 18,05 6,88
1/8 27 800 + - 15,01 12,59
1/10 27 800 + + 13,94 5,23
2/1 21 600 - - 18,91 17
2/9 21 600 - + 17,2 6,68
2/8 27 800 + - 13,58 11,41
2/10 27 800 + + 12,68 4,63
3/1 21 600 - - 18,57 16,7
3/9 21 600 - + 16,59 6,04
3/8 27 800 + - 13,22 11,01
3/10 27 800 + + 12,34 4,46
4/1 21 600 - - 31,18 29,71
4/5 21 600 - + 26,41 11,89
4/4 27 800 - - 27,18 24,23
4/6 27 800 - + 23,61 10
5/1 21 600 - - 23,23 21,67
5/5 21 600 - + 20,12 8,52
5/4 27 800 - - 20,46 16,39
5/6 27 800 - + 18,27 7,31
Примечание. БИС - буроинъекционные сваи.
12
6'2015
Научно-технический и производственный журнал
Нагрузка на фундамент проектируемого офисного многофункционального комплекса составляла 500 кН/м2.
Инженерно-геологические условия площадки строительства представлены водона-сыщенными песками различной крупности и плотности, в том числе рыхлыми, подстилаемыми суглинками и глинами, ниже которых залегают известняки. Здание запроектировано с тремя подземными этажами.
Конечно-элементная расчетная схема с учетом пересадки существующего здания на бу-роинъекционные сваи представлена на рис. 1, результаты расчетов даны в табл. 1.
Дисперсию случайной последовательности величины XI (отношение осадки здания при пересадке на сваи к осадке без свай) определим по формуле (1)
D =
Рис. 2. Изополе общих перемещений грунтового массива при строительстве автодорожного тоннеля на ул. Рябиновой в Москве
п
п- 1
(1)
при п = 10 и D = 0,04.
Анализ показал, что максимальная осадка примыкающего здания с усилением его фундаментов буроинъекционными сваями при рассмотренных вариантах распорной системы, глубин «стены в грунте» и типов фундамента строящегося здания составляет в среднем 0,4 от осадки здания без защитных мероприятий при значении дисперсии 0,04.
Расчеты не учитывали технологических осадок, поэтому коэффициент снижения осадки здания, полученный из геотехнического моделирования (0,4), примерно на 20% отличается от определенного из натурных наблюдений за осадками (0,5).
Для определения эффективности применения пассивных защитных мероприятий - отсечных экранов из труб -для защиты коммуникаций Е.Ю. Трофимовым были проведены геотехнические расчеты по определению влияния строительства автодорожного тоннеля глубиной до 14 м под путями Киевской железной дороги при реконструкции Рябиновой улицы в Москве. Рассматривался участок строительства тоннеля в открытом котловане под защитой распорок из труб. Изополе перемещений грунтового массива показано на рис. 2. Расчеты показали, что устройство в суглинках геотехнического экрана из труб длиной 15 м, диаметром 250 мм, заполненных тощим бетоном, для защиты чугунного водопровода диаметром 600 мм практически не снизило его перемещения, равного 11 мм.
На строительных объектах начали внедряться новые технологии подземного строительства [4], а также выполнения активных методов защиты окружающей застройки. Среди последних следует выделить устройство распорок с домкратами [3], анкеров с дополнительной цементацией грунтов [12], геотехнического барьера методом компенсационного нагнетания [5], закрепление грунтового массива многократным инъектированием в него цементного раствора [6], применение компенсационных буроинъекционных свай [7], технологии струйной цементации [8, 9], инъектиро-вание раствора в заобделочное пространство при проклад-
Таблица 2
Коэффициент к прогнозируемой осадке окружающей застройки без защитных мероприятий Кс
Тип защитного мероприятия
для зданий для коммуникаций
Активное Распорки с домкратами 0,2 -
Геотехнический барьер 0,1 0,45
Анкеры с дополнительной цементацией - 0,55
Инъектирование смеси в заобделочное пространство коллектора - 0,2
Компенсационные сваи усиления 0,1 -
Пассивное Сваи усиления буроинъекционные 0,45 -
Отсечной экран из ^-свай 0,5 -
Отсечной экран из труб с1=219 мм - 0,95
ке коммуникационных коллекторов [2, 10], устройство напрягаемых тяжей в надземных конструкциях [11].
В.А. Ильичев и Ю.А. Готман [12] показали, что осадка здания при строительстве многоуровневой подземной автостоянки на площади Тверской заставы и перекладке коммуникаций в глубоких траншеях без защитных мероприятий составила 25 мм, а применение активных защитных мероприятий - распорок с домкратами - снижает осадку до 5 мм, т. е. в пять раз.
На объекте «Многофункциональный торгово-развлека-тельный и административно-офисный комплекс с апартаментами и подземной автостоянкой» по адресу: Москва, ул. Ярцевская, вл. 19 специалисты НИИОСП им. Н.М. Гер-севанова выполнили прогноз осадок для применения активного защитного мероприятия - геотехнического барьера. Однако при строительстве фирма «КАСКТАШ» выполнила альтернативное защитное мероприятие - преднапря-женные анкеры конструкции БВМД с дополнительной цементацией грунтов через имеющиеся в их конструкции по-ливинилхлоридные трубы, которое также снизило осадки коммуникаций [3].
Коэффициент снижения осадок коммуникаций при применении геотехнического барьера согласно расчетам составил ~0,3-0,6, а согласно данным измерений осадок при применении анкеров с дополнительной цементацией - ~0,3-0,8.
Доклады VI Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Вероятно, для достижения большего защитного эффекта количество инъектируемого раствора следовало увеличить.
Устройство вертикального и наклонного геотехнического барьера методом компенсационного нагнетания [5], относящегося ко второй группе активных методов защиты, позволило снизить осадки ближайшего к котловану фундамента здания на пр. Мира в Москве в десять раз: с ~33 до 3 мм, а здания на площадке строящегося Российского федерального имущественного фонда - с ~40 до 4 мм, т. е. коэффициент к осадке зданий без защитных мероприятий при применении геотехнического барьера ~ 0,1.
Активный метод защиты - компенсационные сваи, устраиваемые с опрессовкой, применялись при реконструкции здания Московской консерватории и при устройстве подземного перехода через Варшавское шоссе вблизи бассейна «Труд» [7]. Метод позволил избежать технологических осадок.
Согласно работам [2, 3] закачивание цементного раствора за обделку коммуникационного тоннеля на ул. Грузинский Вал в Москве, проложенного в водонасыщенных рыхлых песках, позволило снизить осадки окружающей застройки в пять раз.
По данным [6], одним из эффективных методов, обеспечивающих сохранность стен зданий окружающей застройки, является устройство напрягаемых тяжей по временной или постоянной схемам. При временной схеме после завершения строительства тяжи демонтируются, что особенно эффективно для памятников истории и культуры. При постоянной схеме тяжи устраиваются в бороздах стен сечением 7x7 см и после преднапряжения омоноличиваются цементно-песчаным раствором и красятся. Применение тяжей позволяет повысить дополнительные предельные деформации для здания.
Для предварительной оценки осадки окружающей застройки при применении активных или пассивных защитных мероприятий S3, прогнозируемую величину осадки S, полученную аналитическим методом по формулам, приведенным в [1, 2], или путем численного моделирования, следует принимать с понижающим коэффициентом Kc, приведенным в табл. 2:
Ss = кс S. (2)
Выводы
На основе проведенных геотехнических расчетов, анализа ранее выполненных расчетов и наблюдений за осадками зданий и коммуникаций в зоне влияния подземного строительства были получены коэффициенты снижения прогнозируемой осадки окружающей застройки без защитных мероприятий для различных видов активной и пассивной защиты.
Полученные результаты свидетельствуют, что активные защитные мероприятия гораздо более эффективны по сравнению с пассивными и могут быть рекомендованы для зданий, для которых разрешены наименьшие дополнительные деформации, например зданий исторической застройки, памятников истории, архитектуры и культуры.
Список литературы
1. Мангушев Р.А., Никифорова Н.С., Конюшков В.В., Осо-
кин А.А., Сапин Д.А. Проектирование и устройство подземных сооружений в открытых котлованах. М: АСВ,
2013. 256 с.
14 -
2. Ilyichev V.A., Nikiforova N.S., Tupikov M.M. Building deformations, induced by shallow service tunnel construction and predictive measures for reducing of its influence. Proc. of the 18th Int. Conf. on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Challenges and innovations in geotechnics, Paris, 2-6th September, 2013, pp. 1723-1726.
3. Ильичев В.А., Никифорова Н.С., Готман Ю.А., Тупиков М.М., Трофимов Е.Ю. Анализ применения активных и пассивных методов защиты при подземном строительстве // Жилищное строительство. 2013. № 6. С. 25-27.
4. Теличенко В.И., Зерцалов М.Г., Конюхов Д.С., Королевский К.Ю., Король Е.А. Современные технологии комплексного освоения подземного пространства мегаполисов. М.: АСВ, 2010. 322 с.
5. Petrukhin V.P., Shuljatjev O.A., Mozgacheva O.A. Vertical Geotechnical Barrier Erected by Compensation Grouting // Proc. 5th Int. Symp. «Geotechnical aspects of underground construction in soft ground». Session 3. Amsterdam, the Netherlands, 15-17 June 2005, рр. 69-73.
6. Рытов С.А., Вишняков Ю.В., Овчаренко Р.О. Мероприятия по обеспечению сохранности стен зданий, расположенных в зоне влияния строительства или реконструкции от неравномерных осадок // Сборник научных трудов № 100 НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. 2011. С. 322-326.
7. Петрухин В.П., Шулятьев О.А., Попсуенко И.К., Мозга-чева О.А. Опыт устройства буроинъекционных свай при реконструкции Московской консерватории им. П.И. Чайковского // Сборник научных трудов № 100 НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. 2011. С. 267-277.
8. Ильичев В.А., Мангушев Р.А. Строительство подземной части здания Государственного академического Мари-инского театра в Санкт-Петербурге // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2010. № 4. С. 2-7.
9. Зуев С.С., Маковецкий О.А., Хусаинов И.И.. Применение струйной цементации для устройства подземных частей комплексов // Жилищное строительство. 2013. № 9. С. 1-4.
10. Елгаев В.С. Обеспечение безосадочной технологии проходки тоннелей на строительстве участка ст. «Новоко-сино» - «Новогиреево» в Москве // Метро и тоннели. 2012. № 3. С. 37.
11. Ермолаев В.А., Мацегора А.Г. и др. Усиление оснований и фундаментов при строительстве глубоких котлованов в условиях городской застройки // Проектирование и строительство подземной части нового здания (второй сцены) Государственного академического Мариинского театра: сб. науч. статей // Под общей редакцией В.А. Ильичева, А.П. Ледяева. Р.А. Мангушева. СПбГАСУ-СПб., 2011. С. 139-146.
12. Ильичев В.А., Никифорова Н.С., Готман Ю.А., Трофимов Е.Ю. Анкеры с дополнительной цементацией как активный метод защиты зданий и коммуникаций в зоне влияния глубоких котлованов // Жилищное строительство. 2014. № 6. С. 35-38.
References
1. Mangushev R.A., Nikiforova N.S., Konyushkov V.V., Osokin A.A., Sapin DA. Proektirovanie i ustroistvo podzemnykh sooruzhenii v otkrytykh kotlovanakh [Design and construction of underground structures in open pits]. Moscow: ASV. 2013. 256 p. (In Russian).
^^^^^^^^^^^^^ 62015
Научно-технический и производственный журнал
2. Ilyichev V.A., Nikiforova N.S., Tupikov M.M. Building deformations, induced by shallow service tunnel construction and predictive measures for reducing of its influence. Proc. of the 18th Int. Conf. on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Challenges and innovations in geotechnics. Paris, 2-6th September, 2013, pp. 1723-1726.
3. Il'ichev V.A. Nikiforova N.S., Gotman Y.A., Tupikov M.M., Trofimov E.J. Analysis of the application of active and passive methods of protection in underground construction. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013. No. 6, pp. 25-27. (In Russian).
4. Telichenko V.I., Zertsalov M.G., Konyuhov D.S., Korolev-skiy K.Y., Korol E.A. Sovremennye tekhnologii kompleks-nogo osvoeniya podzemnogo prostranstva megapolisov. [Modern technology integrated underground space development ofmegacities]. Moscow: ASV, 2010. 322 p. (In Russian).
5. Petrukhin, V.P., Shuljatjev, O.A., Mozgacheva O.A. Vertical Geotechnical Barrier Erected by Compensation Grouting. Proc. 5th Int. Symp. «Geotechnical aspects of underground construction in soft ground». Session 3. Amsterdam, the Netherlands, 15-17 June 2005, pp. 69-73.
6. Rytov S.A., Vishnyakov Yu.V., Ovcharenko R.O. Measures to ensure the safety of the walls of buildings located in the zone of influence of construction or reconstruction of nonuniform sediment. [Sbornik nauchnykh trudov No. 100 NIIOSP im. N.M. Gersevanova] Collection of scientific works No. 100 NIIOSP after N.M. Gersevanova. M.: 2011, pp. 322-326. (In Russian).
7. Petruhin V.P., Shulyatev O.A., Popsuenko I.K., Mozgache-va O.A. Experience the unit root piles under the reconstruction of the Moscow Tchaikovsky Conservatory. [Sbornik nauch-
nykh trudov No. 100 NIIOSP im. N.M. Gersevanova] Collection of scientific works No. 100 NIIOSP after N.M. Gersevanova. M.: 2011, pp. 267-277. (In Russian).
8. Il'ichev V.A., Mangushev R.A. Construction of the underground part of the building of the State Academic Mariinsky Theatre in St. Petersburg. Bases, foundations and soil mechanics. 2010. No. 4, pp. 2-7. (In Russian).
9. Zuev S.S., Makovetskii O.A., Khousainov I.I. Application of jet grouting device for underground parts of complexes. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013. No. 9, pp. 1-4. (In Russian).
10. Elgaev V.S. Providing non-settlement technology tunneling for the construction «Novokosino» - «Novogireevo» stations in Moscow. Metro and tunnels. 2012. No. 3, pp. 37. (In Russian).
11. Ermolaev V.A., Matsegora A.G. Strengthening of the building foundations during deep excavations in urban areas. [Proektirovanie i stroitel'stvo podzemnoi chasti novogo zdaniya (vtoroi stseny) Gosudarstvennogo akademicheskogo Mariinskogo teatra: sb. nauch. stateipod obshcheiredaktsiei V.A. Il'icheva, A.P. Ledyaeva. R.A. Mangusheva] Design and construction of the underground part of the new building (the second stage) of the Mariinsky Theatre: Collection of scientific papers edited by V.A. Ilichev, A.P. Ledyaev, R.A. Mangushev. Sankt-Peterburgskii gosudarstvennyi arkhitekturno-stroitel'nyi universitet. 2011, pp. 139-146. (In Russian).
12. Il'ichev V.A., Nikiforova N.S., Gotman Y.A., Trofimov E.Y. Anchors with additional grouting as an active method of protecting buildings and infrastructure in the zone of influence of deep pits. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 6, pp. 35-38. (In Russian).
T^
ВИНТОВЫЕ ГРУНТОВЫЕ АНКЕРА
А £л f \/Л
I nf О !i и j п kûr - ty it s: ni. ru w v: vj . <1 p> С г -iy S Ltrtl. ru
АНКЕРНЫЕ СИСТЕМЫ
ПРОИЗВОДСТВО В РОССИИ В НАЛИЧИИ НА СКЛАДЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УСТАНОВКИ ПЕРЕСОГЛАСОВАНИЕ ПРОЕКТОВ
f135} 226-1В-Э7 (342) 20Û-73-D0
Реклама
