CC BY
98Подземное Научно-технический
строительство и производственный журнал
УДК 696.83
В.П. ПЕТРУХИН, д-р техн. наук, директор НИИОСП им. Н.М. Герсеванова (Москва)
Геотехнические проблемы строительства в Москве*
Дан обзор геотехнических проблем Москвы. Приведены примеры расчетов и проектирования защитных сооружений в зонах расположения оползней и карстово-суффозионных процессов. Показано, что освоение подземного пространства Москвы позволит решать транспортные, территориальные, энергетические, экологические проблемы.
Ключевые слова: геотехнические работы, оползни, карстово-суффозионные процессы, защитные сооружения.
В настоящее время в Москве проживает свыше 10 млн человек. Рост численности постоянного и временного населения Москвы приводит к потребности увеличения территории города, объемов и качества строительства, развития современной инфраструктуры города. К началу 1990-х гг.сто-лица по сравнению с довоенным временем почти вдвое увеличилась по численности населения.
За последние 20 лет построено почти 80 млн м2 жилья. Возведено более тысячи важных социальных объектов: около 600 детских садов, 420 школ, 147 поликлиник, 60 больниц, несколько сотен торговых комплексов; возрождены и отреставрированы многие объекты архитектурного, исторического и культурного наследия.
По инициативе московского правительства разработана городская комплексная инвестиционная программа «Новое кольцо Москвы», по которой до 2015 г. предполагается построить около 60 высотных зданий в периферийной зоне города.
Инженерно-геологические условия и краткий исторический экскурс. Грунты на территории Москвы представлены сравнительно молодыми отложениями четвертичного периода, которые чаще служат основанием для фундаментов зданий, а также более древними (коренными) отложениями мелового, юрского и каменноугольного периодов. В большей части такие грунты благоприятны в строительном отношении.
Высокая прочность и малая сжимаемость этих грунтов позволяли основную массу строившихся в Москве малоэтажных зданий возводить на естественном основании - на фундаментах мелкого заложения в виде непрерывных лент или отдельных столбов (опор). Но на территории города встречаются и слабые грунты. Они являются болотными и озерными отложениями, а также отложениями в затопляемых поймах рек. В пределах Москвы в прежние времена насчитывалось 115-140 рек, речек и водоемов, половина которых в настоящее время засыпана или заключена в подземные коллекторы. При строительстве на слабых грунтах здания приходилось опирать на сваи, которые, прорезая толщу слабых грунтов, опирались на более прочный грунт («материк»). Кроме того, в Москве, особенно в центральной части, имеется культурный (насыпной) слой - результат многовековой человеческой деятельности. Толщина этого
неблагоприятного в строительном отношении слоя составляет 2-15 м.
В конце XIX - начале XX в. (всего 100 лет назад!) основным строительным материалом для фундаментов зданий в Москве оставались бутовый камень или бутовая плита, булыжный камень и кирпич. В качестве вяжущего материала при кладке фундаментов чаще всего применялся известковый раствор.
В начале XX в. в Москве начали строить здания до 5-6 этажей. Глубина заложения подошвы фундаментов определялась весом здания и зависела от наличия подвала и свойств грунта, но всегда была не менее глубины промерзания 1,5 м. Иногда фундаменты приходилось сильно заглублять из-за наличия слабого грунта. Так, ленточные фундаменты здания Государственного исторического музея, выполненные из рваного и тесаного кирпича, заглублены местами до 8,1 м. Фундаменты Манежа, возведенного в первой половине XIX в., имеют глубину заложения до 7,4 м.
При наличии слабых грунтов в основании зданий до начала XX в. применялись исключительно деревянные сваи. Многие здания, построенные на деревянных сваях, получили большие неравномерные осадки и в их конструкциях появились все увеличивающиеся трещины. Гниение деревянных свай начинается, когда по каким-либо причинам происходит понижение уровня подземных вод, верхняя часть свай обнажается и оказывается в воздушной среде. По этой причине получило большую неравномерную осадку (до 80 см) с образованием трещин в конструкциях построенное в XIX в. на берегу р. Неглинки здание Малого театра. Только подведение под стены буронабивных свай приостановило процесс осадки.
В Московском Кремле в 1960-1980 гг. выполнялась научная программа исследования деформаций оснований и фундаментов исторических зданий (церковь Двенадцати Апостолов, Звонница, колокольня Ивана Великого и др.) с целью разработки мероприятий по обеспечению их долговечности и сохранности.
Установлены основные причины деформаций оснований и фундаментов зданий Кремля: разная глубина заложения фундаментов и наличие насыпных грунтов мощностью до 4 м в основании фундаментов (только после подводки новых фундаментов и закрепления грунтов основания в
* По согласованию с автором публикуется сокращенный вариант. Полная версия: Петрухин В.П. Геотехнические проблемы строительства в Москве -крупнейшем мегаполисе России // Труды Международной конференции по геотехнике «Геотехнические проблемы мегаполисов». Москва. 2010. Т. 1. С. 259-320.
--------- ЦПШЦЫПЕ
СТРОИТЕЛЬСТВО
1963-1965 гг. осадки зданий стабилизировались); наличие под подошвой фундаментов полостей на месте сгнивших деревянных свай-«коротышей» (причиной гниения свай могло явиться понижение уровня подземных вод под всеми зданиями на Соборной площади).
В тех местах, где уровень подземных вод не понизился, состояние свай не изменилось в течение длительного срока. После проведения полномасштабных мероприятий по закреплению грунтов оснований и усилению фундаментов некоторых зданий Кремля осадки их прекратились.
Высотные здания 1950-х гг. В День восьмисотлетия Москвы, 7 сентября 1947 г. одновременно были заложены фундаменты семи высотных сооружений, ознаменовавших новый виток развития столичной архитектуры.
При возведении нулевых циклов этих зданий инженерам пришлось столкнуться с серьезными трудностями, вызванными сложными геологическими условиями города. В отличие от Нью-Йорка или Чикаго, где скальные породы местами выходят на поверхность, являются высокопрочными и в связи с этим с основанием под фундаменты проблем не возникает, скальные породы в Москве залегают на глубине 30-40 м. К тому же эти породы представлены низкопрочными трещиноватыми известняками (в верхней части), местами кавернозными и карстоопасными, а с поверхности их перекрывают четвертичные отложения, сложенные глинами, суглинками и песками. Опыт строительства высотных зданий на таких грунтах в мировой практике отсутствовал. Осложнял строительство также высокий уровень подземных вод и наличие плывунов.
Для решения проблемы устройства надежных фундаментов группой инженеров-конструкторов во главе с выдающимся российским геотехником Н.В. Никитиным впервые была предложена идея устройства коробчатых фундаментов. Данное конструктивное решение наряду с пирамидальной формой всех семи высоток позволило увеличить площадь подошвы и жесткость фундаментов, тем самым существенно сократив давление на грунт основания и уменьшив нагрузку на фундамент в периферийных зонах.
Здание Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова было сдано в эксплуатацию в 1953 г. Оно имеет в центральной части 35 этажей и высоту 183 м. Глубина котлована при экскавации грунта составляла до 13 м.
200
а — Карамышевская набережная; б — Воробьевы горы; в — Коломенское. Участки склонов: 1 — с проявлением глубоких оползней; 2 — стабильного состояния глубоких оползней; 3 — сильно пораженные мелкими и поверхностными оползнями; 4 — слабо пораженные мелкими и поверхностными оползнями; 5 — противооползневые сооружения
Геодезические измерения осадок здания МГУ в процессе строительства и эксплуатации показали, что максимальная осадка к 1955 г. не превысила 7,2 см.
Максимальная осадка всех высотных зданий, построенных на коробчатом фундаменте, не превысила 18 см по результатам геодезических измерений в 1955 г.
2. Пример расчета оползня в Коломенском
190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80
Рис.
ЖИЛИЩНОЕ
Участок проведения работ по борьбе с поверхностными оползнями
Участок проведения работ 2-го этапа
Участок проведения работ 1-го этапа
110 100
50
70
90
110
130 150
170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390 410
Условные обозначения
. Отсыпаемые грунты
3 Глина
Песок
Поверхность подошвы скольжения оползня
Суглинки
Глина
Рис. 3. Общая ситуация разработки противооползневых мероприятий
Песок со щебнем
В процессе строительства осадки увеличиваются примерно пропорционально росту нагрузки на грунт, а после окончания возведения здания скорость возрастания осадок начинает затухать. Результаты наблюдений показали, что в строительный период осадка высотных зданий составляет примерно 60% полной осадки.
Максимальные осадки в 1960-1964 гг. зафиксированы у зданий гостиницы «Украина» на Дорогомиловской набережной (125 мм), у здания МИД на пл. Восстания (190 мм) и у здания у Красных Ворот (198 мм). По результатам геодезических измерений с 1955 г. по 1960-е гг. осадка высотных зданий увеличилась не более чем на 15%. Характер протекания осадок во времени одинаков для всех зданий, кроме здания у Красных Ворот, где в связи со строительством наклонного хода метро было нарушено естественное состояние грунта. Для того чтобы нагрузка от здания не привела к обрушению вскрытого котлована под вестибюль станции метро, были использованы морозильные установки и грунт был заморожен. После окончания строительства установки были отключены.
При строительстве гостиницы «Ленинградская» на Комсомольской пл. выяснилось, что в месте расположения фундамента на глубине до 8,5 м находился плывун. В связи с этим здание возводилось на свайных фундаментах, а для того что-
170 160 150 140 130 120 110 100 90
бы подготовить надежное основание, по периметру строительной площадки было сооружено шпунтовое ограждение, которое препятствовало поступлению воды в котлован.
Для определения величины сжимаемой толщи грунтов для оснований высотных зданий принималась во внимание глубина залегания известняков, имеющих большую мощность. Для здания Московского университета за величину сжимаемой толщи принято 30 м при глубине залегания скалы около 100 м. Для остальных высотных зданий величина сжимаемой толщи принята в пределах 15-26 м в зависимости от глубины залегания скальных грунтов.
Расчеты осадок производили по формуле К.Е. Егорова, который по результатам геодезических наблюдений за осадками высотных зданий усовершенствовал предложенный им метод определения осадок «слоя конечной толщины».
Результаты наблюдений за осадками семи высотных зданий в Москве показали полную возможность возведения тяжелых сооружений на сжимаемых грунтах. Была получена хорошая сходимость рассчитанных и измеренных осадок высотных зданий, возведенных на сжимаемых грунтах.
Оползни. Мировая практика показывает, что в большинстве случаев катастрофические оползни происходят за пределами населенных пунктов и в относительно небольших сельских и городских поселениях. В таких мегаполи-
Насыпной грунт
Подпорная конструкция УПВ 113,8
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
_1_
50
70
90
110
130 150
170 190 210 230 250
270
290 310 330 350 370 390 410
Рис. 4. Измененный профиль склона с учетом подсыпки
сах, как Москва, развитие оползней имеет локальный характер или практически исключено в результате реализации тех или иных градостроительных мероприятий, включающих в том числе геотехнические методы стабилизации неустойчивых склонов. В Москве основная часть оползневых склонов расположена в пределах долины Москва-реки (рис. 1), являющейся главным геоморфологическим и ландшафтным объектом на территории столицы и определяющей архитектурно-композиционные особенности города.
Оползни занимают около 3% территории Москвы. На территории Москвы распространены два типа оползней -глубокие, характеризующиеся площадью 0,8-1 км2 и глубиной захвата пород до 100 м, и поверхностные (мелкие) -площадью до 0,002 км2 и глубиной захвата пород преимущественно 1-5, реже 10 м.
К настоящему времени долинный рельеф Москва-реки претерпел существенные изменения в результате трансформации геоморфологии склонов, локальной подсыпки территории и засыпки оврагов, мелких ручьев, планировки прибровочных перегибов, изменения конфигурации береговой линии и др.
Указанные изменения, естественно, оказывали влияние на устойчивость склонов и возможность развития оползней в зоне береговой линии. Кроме того, состояние склонов в значительной мере зависело от градостроительной и хозяйственной деятельности человека в условиях большого мегаполиса: устройства набережных; возведения жилых зданий, транспортных, культурных и спортивных сооружений; прокладки коммуникаций; посадки или ликвидации зеленых насаждений и др.
Один из оползневых участков расположен на правом берегу Москва-реки в районе Коломенского. В пределах исследуемой территории распространены глубокие оползни выдавливания, а также мелкие и поверхностные оползни. Глубокие оползни имеют в плане значительные (шириной до 200 м) размеры и захватывают породы на глубину до 30 м. Мелкие и поверхностные оползни характеризуются незначительными размерами в плане (шириной до 30-40 м) и по глубине (3-5 м).
В 1970 г. на склоне в связи с прокладкой коллектора выполнена отсыпка банкета в русле реки, осуществлено строительство набережной на свайном (глубиной 9-11 м) основании, протяженностью 400 м, проведена планировка оползневого склона. К 1983 г. осуществлена отсыпка в русле реки перед стенкой набережной упорной призмы шириной около 30 м, длиной 560 м и повторная засыпка банкета в русле реки. Было завершено также благоустройство склона: уположен верхний крутой откос, создана дренажная сеть, проложены пешеходные дорожки.
Однако оползневые процессы продолжали происходить на различных участках территории. В связи с этим в НИИОСП были детально исследованы механизмы оползневых процессов и выполнено математическое моделирование с помощью программ STAB и PLAXIS (рис. 2).
В результате расчетов выявлена возможность развития мелких и поверхностных оползней на всех исследованных участках. Расчетные значения коэффициентов запаса общей устойчивости для оползней такого вида около 1. На участках второго оползневого цирка и на эрозионно-ополз-невом склоне возможно развитие глубоких оползней выдавливания, поскольку коэффициенты запаса общей устойчивости достигают значений меньше 1. Таким обра-
Рис. 5. Характерные деформации поверхности карстово-суффо-зионного происхождения в Москве: а — открытые провальные воронки; б — чашеобразный провал земной поверхности; 1— известняк; 2— карстовая полость; 3 — водоупор; 4 — зона разуплотненного грунта; 5 — первичный свод; 6 — трещины в грунте; 7 — вторичная форма поверхности после вертикального провала
зом, выполненные расчеты подтвердили необходимость комплекса противооползневых мероприятий на рассматриваемом участке.
В качестве возможных мер по борьбе с глубинными оползнями с помощью численного моделирования в НИИОСП были проанализированы следующие варианты стабилизации склона: отсыпка упорных призм на пойменной террасе и в русле Москва-реки; срезка склона в месте бровки верхнего уступа, террасирование и уплотнение склона; устройство оползнеудерживающих конструкций из бурона-
а и Ю 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
зц щ
(gl-о^0
Н.м
40
_34_| l.rv
□ i Е22г gs Г1ч S35 ШШб Hi
Рис. 6. Характерные инженерно-геологические разрезы районов, подверженных карстово-суффозионным процессам в Москве: а — опасные; б — потенциально опасные; 1— насыпной грунт; 2 — суглинки; 3 — известняки; 4 — пески; 5 — юрские глины; 6 — карбонатные глины; 7 — карстовые пустоты
Рис. 7. Схематическая карта инженерно-геологического районирования г. Москвы. Категории карстовой опасности: 1 — весьма опасная; 2 — опасная; 3 — малоопасная. Категории карстово-суф-фозионной опасности: 4 — весьма опасная; 5 — опасная; 6 — неопасная
бивных свай или «стены в грунте» на пойменной террасе и бермах склона; устройство оползнеудерживающих конструкций на бровке склона; комбинированные варианты.
Численное моделирование показало, что в борьбе с глубокими оползнями выдавливания устройство таких оползнеудерживающих конструкций, как стены или ряжи из свай, оказалось малоэффективным, поскольку сами конструкции должны быть достаточно массивны и заглублены в слой известняков. При этом в конструкциях могут возникать изгибающие моменты около 2000 кН м/п. м.
Проведение специальных мероприятий по обеспечению устойчивости склона в Коломенском было осложнено тем, что работы проводились на территории государственного музея-заповедника, поэтому должно быть минимизировано влияние на экосистему, обеспечена сохранность растительности и биосферы заповедника.
Работы по борьбе с глубокими оползнями было рекомендовано разбить на два этапа (рис. 3).
На первом этапе предлагалось провести пригрузку языков оползней отсыпкой упорных призм в русле реки и на надпойменной террасе Москва-реки. Учитывая значительную высоту отсыпки грунта (до 7,5 м), было необходимо устроить конструкцию в виде уголковой подпорной стенки на свайном основании.
На втором этапе выполнялось террасирование откоса, подсыпка уступов и устройство пригружающих отсыпок на средних частях склона.
На рис. 4 показан измененный профиль склона с учетом подсыпки.
Оценка общей устойчивости оползнеопасных склонов является скорее искусством, чем рутинной операцией вычисления коэффициента общей устойчивости. На результаты расчета существенное влияние оказывают: профессионализм расчетчика, выбор расчетных параметров, формирование расчетной схемы, применяемый метод определения состояния склона.
Карстово-суффозионные процессы. Среди опасных инженерно-геологических процессов, происходящих на территории Московского региона, необходимо выделить возможность проявления карстово-суффозионных процессов, поскольку около 15% территории Москвы является потенциально опасной с точки зрения возможности образования карстовых провалов.
Под карстово-суффозионными явлениями понимают совокупность инженерно-геологических процессов, в результате проявления которых происходит растворение горных пород и образование в них пустот различных форм и размеров. Карстовые процессы на территории Москвы связаны с наличием в геологической толще растворимых и водопроницаемых карбонатных пород каменноугольного возраста. Развитие карста представляет длительный процесс и вызы-
ь
7*7
ч
—3
Рис. 8. Расчетная схема для определения диаметра карстового провала
Рис. 9. Выскальзывание свай при образовании карстового провала: 1— плитный ростверк; 2— сваи; 3 — карстовая полость
2
Таблица 1
Показатели программы освоения подземного пространства Москвы 2008 г. (стартовые условия) 2009 г. 2010 г. 2011 г. Всего
Общая площадь вводимых объектов подземного строительства, тыс. м2 650 700 850 1000 2550
Доля подземных сооружений в общем вводе, % 6 10 12 15 -
Доля использования градостроительного потенциала подземного пространства, % - 27 33 40 100
вает образование на поверхности воронок, провалов и других деформаций, основные виды которых, характерные именно для Московского региона, представлены на рис. 5.
Многочисленные карстовые формы и образования в Москве были обнаружены метростроителями в 1930-х гг. Однако и до этого периода материалы бурения свидетельствовали о наличии карстовых образований в известняках карбона.
Строительство метро и других подземных сооружений позволило наиболее полно представить закарстованность карбонатных толщ. При проходке были встречены разрушенные зоны известняков, многочисленные трещины, каналы высотой до 2 м, карстовые воронки на поверхности каменноугольных отложений на глубине примерно 50-60 м (Зарядье, Воробьевы горы, Краснохолмский мост, Рижский вокзал, Таганка, Павелецкий вокзал и др.).
Наиболее опасными являются площади, покрытые водопроницаемыми отложениями, представленными граве-листыми грунтами, песками, супесями. Более интенсивно развит карст в приречных зонах, где покрывающие отложения частично или полностью размыты. Развитию карста способствуют также высокие градиенты подземного потока и выходы подземных вод в руслах рек и береговых откосах.
В настоящий момент районы Москвы в зависимости от интенсивности проявления карстово-суффозионных воздействий классифицированы как опасные, потенциально опасные и неопасные.
К опасным относятся районы, характеризующиеся (рис. 6, а): наличием на поверхности проявлений карстово-суффозионных процессов в виде воронок и оседаний; закар-стованными каменноугольными карбонатными породами с карстовыми полостями более 1 м; отсутствием или частично размытым водоупором (толщиной менее 2-3 м), перекрывающим карстующиеся породы; наличием вертикальной фильтрации подземных вод, создающей условия для
интенсивного выщелачивания карбонатных пород и суффо-зионного выноса рыхлых отложений.
Потенциально опасные районы характеризуются (рис. 6, б): закарстованными каменноугольными карбонатными породами с карстовыми полостями менее 1 м; наличием невыдержанных по мощности водоупоров (толщиной менее 6 м), перекрывающих закарстованные породы; наличием вертикальной фильтрации подземных вод с градиентом вертикальной фильтрации менее 3.
Опасные и потенциально опасные территории преимущественно расположены в центральных районах столицы. Но наиболее опасным в карстово-суффозионном отношении является Хорошевский район, в котором начиная с 1960 г. было зарегистрировано 42 карстовых провала.
Карта районирования Москвы по степени опасности кар-стово-суффозионных процессов представлена на рис. 7.
Активизации карстовых процессов на территории Москвы способствуют: изменение гидрологических условий территории при техногенных воздействиях, что приводит к растворению горных пород; изменение напряженно-деформированного состояния и физико-механических свойств горных пород, покрывающих подземные карстовые формы, их гидродинамическое разрушение и вынос мелкого материала (суффозия), а также динамические воздействия, что приводит к образованию поверхностных карстовых форм.
При этом наиболее значимой проблемой для Москвы является изменение природного гидрогеологического режима, многократно повышающее вероятность образования карстово-суффозионных процессов. Так, по данным ФГУП «Геоцентр-Москва», многолетнее хозяйственное освоение территории города существенно изменило гидрогеологические условия и вызвало активизацию неблагоприятных геологических процессов, нарушающих экологическую устойчивость окружающей среды города. В связи с актив-
Рис. 10. Схема Торгово-делового центра (ТДЦ) «Тверской» на Пушкинской площади
-----мшпшццдь
СТРОИТЕЛЬСТВО
Рис. 11. Схема расположения конструкций транспортного узла на Пушкинской площади
ных территорий составляет 40% от общей площади города, местами уровни грунтовых вод поднялись на 5-7 м.
Для решения проблем обеспечения надежности сооружений, возводимых на опасных и потенциально опасных территориях Москвы, предусмотрен комплексный подход к инженерным изысканиям, проектированию и строительству. На стадии выполнения инженерных изысканий на закарстованных территориях выявляются карстовые формы и проявления, устанавливается степень опасности воздействия карста на вновь возводимое или реконструируемое сооружение и составляется прогноз развития карста с учетом изменения режима подземных вод на период строительства, реконструкции и дальнейшей эксплуатации, определение возможности активизации карста и т. д.
При проектировании объектов нового строительства или реконструкции на закарстованных территориях проводится оценка инженерно-геологических условий участка строительства с учетом особенностей проектируемого сооружения. На основании существующих расчетных методов, разработанных в НИИОСП, выполняется прогноз развития карстовой воронки и определяется расчетный диаметр карстового провала, в том числе с применением вероятностных методов. Расчетная схема для определения диаметра карстового провала приведена на рис. 8.
Наиболее эффективными мероприятиями противокарс-товой защиты являются конструктивные, которые предусматриваются в подземной части сооружений за счет применения коробчатых фундаментов, плоских или ребристых плит, реже перекрестных ленточных фундаментов. При
ным водозабором и водоотливом увеличивается вероятность проявления карстово-суффозионных процессов. По существующим оценкам, площадь постоянно подтоплен-
Рис. 12. Проект геотехнических барьеров для памятника А.С. Пушкину
Рис. 13. Схема подземного комплекса на площади Павелецкого вокзала
проектировании и расчете этих фундаментов, который выполняется совместно с надземной частью сооружения, учитывается расчетный диаметр карстового провала, при образовании которого должна быть обеспечена устойчивость сооружения, гарантирующая возможность безопасной эвакуации людей. Положение возможных карстовых провалов под сооружением принимают исходя из наиболее неблагоприятного их влияния на работу сооружения. Фундаменты, как правило, выполняют из монолитного железобетона. Кроме конструктивных применяют водозащитные мероприятия, тампонажные работы, закрепление закарстованных пород и др.
При проектировании свайных или плитно-свайных фундаментов на закарстованных территориях узлы сопряжения свай с ростверком должны обеспечивать возможность их выскальзывания, чтобы исключить дополнительное нагру-жение основания и конструкций сооружения зависающими сваями, находящимися на участке образовавшегося провала под фундаментом. Данное решение приведено на рис. 9.
При расчете свай и монолитных ростверков необходимо учитывать дополнительные усилия, возникающие при перемещении обрушающихся грунтов надкарстовой толщи.
На стадии строительства сооружений и их эксплуатации на закарстованных территориях обязательно проводится геотехнический мониторинг состояния основания и конструкций сооружений.
Комплексная программа освоения подземного пространства. Придавая большое значение строительству подземных сооружений, в 2008 г. правительство Москвы разработало «Городскую программу подготовки к комплексному градостроительному освоению подземного пространства города Москвы на 2009-2011 гг.», в которой подземное строительство рассматривается как самостоятельная полноценная сфера градостроительной деятельности.
В качестве основных направлений комплексного градостроительного освоения подземного пространства Москвы планируется развитие следующих систем: подземных сооружений транспортной инфраструктуры; подземных объектов гаражного строительства; комплексная застройка жилых районов с использованием подземного пространства; подземных сооружений инженерной инфраструктуры; многофункциональных общегородских центров с максимальным использованием подземного пространства.
Ключевые показатели программы приведены в табл. 1 (возможные объекты строительства подземных сооружений частными инвесторами не учтены).
Реализованные проекты и экспериментальные предложения в центральной зоне Москвы характеризуются активным использованием подземного пространства с размещением различных предприятий и учреждений, чаще всего не связанных между собой.
По назначению подземные сооружения в черте города распределяются следующим образом. Максимальное распространение получили подземные парковки и технические помещения. Отметим при этом, что в центральной зоне Москвы почти 100% жилых и общественных зданий возводится с подземными гаражами, что является решением проблемы хранения автотранспорта.
Возможности освоения подземного пространства Москвы ограничиваются сложными инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями некоторых территорий, наличием уже построенных и эксплуатируемых подземных сооружений, фундаментов существующих зданий, в том числе архитектурных и исторических памятников, метрополитена и др.
В программе планируется размещение подземных общегородских сооружений в Москве - 40 многофункциональных центров и транспортно-пересадочных узлов.
Рис. 14. Торгово-деловой комплекс на площади Тверской заставы
Таблица 2
Характеристики подземных объектов в Москве Объем экскавации в котловане, м3 Периметр подпорных стен, м Глубина котлована, м Количество подземных этажей
Построенные объекты
Центральное ядро ММДЦ «Москва-Сити» 1354000 1770 26 6
ТРК «Охотный ряд» на Манежной площади 280000 780 18 4
Комплекс «Царев сад» на Софийской набережной 155000 534 15 4
Международный отель «Ритц-Карлтон» на ул. Тверская 100000 280 20 5
Турецкий торговый центр в Замоскворечье 78000 314 13 3
Многофункциональный комплекс «Арбат-Центр» 44000 255 16 5
Подземная автостоянка на площади Революции 22000 220 14 4
Строящиеся и проектируемые объекты
Башня «Россия», участки 17-18 ММДЦ «Москва-Сити» 830000 672 30 6
Многофункциональный комплекс на площади Павелецкого вокзала 620000 1 050 15-30 3-6
Многофункциональный комплекс на площади Тверская застава 490000 1 200 15-22 3-5
Бизнес-центр «Миракс-Плаза» на Кутузовском проспекте 350000 1 100 16 4
Жилой комплекс «Итальянский квартал» 240000 620 10 3
В перспективе под землей в Москве планируется разместить до 70% всех гаражей, до 80% складских помещений, около 30% объектов сферы услуг, до 15% от общего объема строящихся многофункциональных комплексов, 9 многофункциональных транспортных узлов, 43 автотранспортных тоннеля, 135 подземных пешеходных переходов, 136 подземных автостоянок и многие другие объекты.
В 2010 г. начинается реконструкция Пушкинской площади, которая включает устройство комплексного подземного сооружения «Тверской» и транспортного тоннеля (рис. 10, 11).
Торгово-деловой центр (ТДЦ) является сложным сооружением глубиной заложения до 22 м, имеет 1-4-уровневую подземную часть. В конструктивном отношении подземный комплекс представляет собой многоярусную пространственную раму из монолитного железобетона. Общая площадь комплекса составляет 36000 м2. Максимальные габариты комплекса в плане 175x54 м.
Строительство ТДЦ «Тверской» осложнено наличием под площадью 3 станций и большого количества тоннелей, а также пересадочных узлов метрополитена. В зоне влия-
Рис. 15. Макет реконструкции площади Тверской заставы
ния строительства расположено 18 жилых и общественных зданий.
В процессе строительства предполагается временно не перемещать памятник А.С. Пушкину. В связи с этим проектное решение предусматривает устройство двух геотехнических барьеров для абсолютно надежной защиты его от влияния строительства (рис. 12).
В рамках комплексной программы в настоящее время в Москве ведется строительство нескольких крупных подземных сооружений.
На Павелецкой площади осуществляется строительство многоярусного подземного комплекса, состоящего из трех основных частей, имеющих различную величину заглубления и разделенных деформационными швами (рис. 13). Одна часть - 3-4-уровневый подземный гараж-стоянка, расположенный вдоль Павелецкого вокзала. Другая часть - 4-5-уровневая центральная заглубленная часть торгово-развлекательного комплекса. Третья часть - мел-козаглубленная часть торгового комплекса со стороны Дубининской и Новокузнецкой улиц. Конструктивно подземный комплекс представляет собой многоярусную многопролетную пространственную раму из монолитного железобетона. Максимальные габариты комплекса в плане 248x161 м. Общая площадь комплекса 136 тыс. м2, из них подземная часть составляет 106 тыс. м2.
На площади Тверской заставы возводится торгово-де-ловой комплекс (рис. 14), имеющий 5 подземных этажей и глубину заложения нижнего этажа 20,7 м. Максимальная длина комплекса 296 м, ширина 174 м. Общая площадь сооружения составляет 112 тыс. м2.
Реконструкция площади Тверской заставы включает помимо строительства подземного комплекса изменение транспортной инфраструктуры площади (рис. 15), которая всегда была источником автомобильных пробок в центральной части Москвы.
За последние пятнадцать лет в Москве построено большое количество уникальных подземных сооружений и высотных зданий (табл. 2). Московским геотехникам пришлось в кратчайшие сроки решать сложные задачи расчета, проектирования и технологического обеспечения этих строек.
К середине 1990-х гг. в России отсутствовали нормативные документы по проектированию оснований и фундаментов высотных зданий, а также конструкций подземных сооружений. Не были разработаны методические и организационные принципы ведения мониторинга зданий в условиях плотной городской застройки. На основе многолетнего опыта сопровождения проектирования и строительства геотехнической части уникальных объектов ведущими московскими организациями научно-техническое сопровождение и мониторинг геотехнических работ включены в московские нормативные документы как обязательная составная часть строительства уникальных объектов.
К настоящему времени выполняются следующие виды геотехнического мониторинга:
- объектный (строящегося или существующего здания или сооружения);
- геолого-гидрогеологический;
- геоэкологический;
- аналитический.
Примерный состав научно-технического сопровождения строительства крупного подземного объекта общегородского значения (торгово-досугового центра) приведен ниже.
1. Анализ и обобщение данных инженерно-геологических изысканий с рекомендациями по дополнительному определению необходимых параметров грунтов.
2. Анализ и экспертиза расчетов ограждающих конструкций.
3. Анализ конструктивных решений (проектов) ограждающих конструкций и подземной части комплекса.
4. Расчет пространственной работы конструкций торгово-досугового центра (ТДЦ).
5. Расчет на прогрессирующее обрушение.
6. Разработка программы и проекта геотехнического мониторинга.
7. Проведение геотехнического мониторинга в процессе строительства.
8. Разработка программы и проекта, а также ведение мониторинга состояния конструкций метрополитена в процессе строительства.
9. Рассмотрение и утверждение технологических регламентов и ППР на выполнение геотехнических работ.
10. Периодические контрольные наблюдения за качеством выполнения геотехнических работ.
11. Оценка влияния строительства ТДЦ на существующую застройку и водонесущие коммуникации.
12. Экспертная оценка проектов и оценка влияния строительства комплекса на сооружения метрополитена.
13. Оценка взаимного влияния подземных частей ТДЦ.
14. Экспертиза и корректировка мероприятий по защите существующей застройки от негативного влияния строительства.
15. Прогноз изменения гидрогеологических условий в результате строительства и эксплуатации ТДЦ с учетом новых данных изысканий.
16. Работа в составе штаба строительства, решение текущих задач.
17. Участие в работе по информированию жителей Москвы о безопасности и надежности принятых проектных решений. В настоящее время вопросы проектирования, мониторинга, научно-технического сопровождения геотехнических работ при строительстве зданий и сооружений в Москве
освещены в разработанных в НИИОСП за последние десять лет по заданию московского правительства городских строительных нормах и рекомендациях. Приведем перечень этих документов.
1. Основания, фундаменты и подземные сооружения. МГСН 2.07-97. М.: Москомархитектура, 1998. 136 с.
2. Основания, фундаменты и подземные сооружения. МГСН 2.07-01. М.: Москомархитектура, 2003. 108 с.
3. Пособие к МГСН 2.07-01. Основания, фундаменты и подземные сооружения при строительстве и реконструкции зданий и подземных сооружений. М.: Моско-мархитектура, 2003. 55 с.
4. Рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов при возведении зданий вблизи существующих в условиях плотной застройки в городе Москве. М.: Москомархитектура, 1999. 55 с.
5. Рекомендации по проектированию и устройству оснований, фундаментов и подземных сооружений при реконструкции гражданских зданий и исторической застройки. М.: Москомархитектура, 1998. 89 с.
6. Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции. М.: Москомархитектура, 1999. 89 с.
По мере накопления новых данных указанные документы будут совершенствоваться и дополняться. Но уже сейчас очевидно, что их использование позволяет осуществлять надежное проектирование оснований, фундаментов и подземных сооружений в условиях крупнейшего мегаполиса России.
