CC BY
75-----мшпшццдь
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 624.1
А.И. ОСОКИН, канд. техн. наук, генеральный директор ЗАО «Геострой»; А.Б. СЕРЕБРЯКОВА, канд. эконом. наук, директор ООО «Бюро экспертизы и совершенствования проектных решений»; Т.Н. ШАХТАРИНА, гл. специалист ЗАО «Геострой» (Санкт-Петербург); А.И. ШУБИН, инженер, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
Подземные паркинги — основа совершенствования городской инфраструктуры мегаполисов (на примере Санкт-Петербурга)
В условиях современных городов возникает необходимость развития городской инфраструктуры посредством освоения подземного пространства для создания автомобильных парковок и паркингов. Рассмотрены возможные способы и технологии строительства заглубленных и подземных сооружений в застроенной исторической части Санкт-Петербурга. Приведены условия снижения рисков, возникающих при устройстве котлованов в условиях существующей застройки.
Ключевые слова: геотехнический прогноз, касательная свая, буронабивная свая, «стена в грунте».
В Санкт-Петербурге все чаще возникают ситуации, когда движение в городе полностью парализовано. В последние годы дорожно-транспортная сеть Санкт-Петербурга перегружена из-за постоянно растущего количества автомобилей, несоответствия системы управления дорожным движением интенсивности транспортных потоков и неразвитой транспортной инфраструктуры.
Одним из существенных факторов, влияющих на качество жизни в городе, является отсутствие обустроенных и организованных автомобильных парковок, что ведет к сужению центральных городских улиц за счет размещения припаркованных автомобилей вдоль тротуаров и снижению пропускной способности.
В купнейших российских городах автомобилизация составляет 300 автомобилей на 1000 жителей. Этот рубеж
Рис. 1. Пример обустройства тер- Рис. 2. Макет подземной ритории в г. Чезена (Италия) до парковки в Мюнхене строительства подземной парковки (а) и после (б)
американские города прошли в конце 1920-х гг., западноевропейские - в середине 1960-х гг. Расчеты и международный опыт показывают, что этот рубеж критический: городу необходимо срочно приспосабливаться к такому количеству автомобилей.
Американцам на этом рубеже было проще: первый массовый автомобиль - знаменитый «Форд-Т» появился еще в 1908 г., сменив конные экипажи. На первые 15 млн автомобилей и соответственно на первые 10 лет автомобилизации хватило места, отведенного в свое время для конных повозок. Вторым сглаживающим обстоятельством было практически полное отсутствие памятников старины и соответственно утилитарное отношение к любой городской застройке: снос и новое строительство с должными парковочными объемами, так же как и появление крупных паркингов как
Рис. 3. Ограждение котлована из секущихся буронабивных свай (Санкт-Петербург, пл. Островского)
--------- ЦПШЦЫПЕ
СТРОИТЕЛЬСТВО
самостоятельных сооружений, являлись делом сугубо коммерческим и не сталкивались с особыми общественными проблемами. Например, появление в 1933 г. в Чикаго многоэтажной парковки на 24 (!) тыс. мест вызвало дискуссию разве что среди архитектурной общественности.
Европейцев ждали более сложные испытания: главные европейские города формировались на много столетий раньше, а стояночные резервы эпохи гужевого транспорта к середине ХХ в. были исчерпаны.
С приходом в управление городским хозяйством современных информационных технологий все общедоступные парковочные места стали сводиться в единое городское «парковочное пространство», управляемое в режиме онлайн. В совокупности с популярными с начала 1990-х гг. системами маршрутного ориентирования это позволяет заранее информировать водителя о прогнозируемом (ко времени его прибытия к месту назначения) наличии и дислокации свободных парковочных лотов (рис. 1).
В Санкт-Петербурге в настоящее время не только исторический центр, но и районы массовой застройки 1960-1980-х г. не приспособлены к сколько-нибудь высоким стандартам автомобилизации. Как известно, советские градостроительные нормы исходили из фактической автомобилизации населения 60 автомобилей на 1000 жителей.
Например, в Мюнхене, так же как и во всех старинных городах Европы, возникла проблема парковки транспортных средств. Было принято решение о строительстве автоматизированной парковки под Доннерсберген-штрассе (Мюнхен, Германия). Строительство, начатое в 2004 г., длилось два года (рис. 2) и потребовало для реализации проекта 11,35 млн евро инвестиций за счет бюджета муниципального образования. По структуре затрат данный проект имел следующие показатели: строительные работы - 45 %; оборудование парковочной системы - 35%; прочие затраты, включая системы безопасности, - 25%; количество парковочных мест - 284. Строительные параметры созданного подземного пространства: длина 121 м; ширина 15 м; глубина откопки котлована 10 м. Создано 4 подземных уровня паркинга с двумя рабочими станциями автоматической линии и 4 лифтами. Время доставки автотранспортного средства 120 с. Преимущества автоматизированной подземной парковки очевидны: в старой части города не было земли для строительства традиционного многоэтажного паркинга, а предложенное решение стало наиболее эффективным с экономической точки зрения в расчете на одно парковочное место. Однако при устройстве таких парковок возникают проблемы с переносом подземных инженерных коммуникаций, систем дренажа, что необходимо принимать во внимание при принятии решений об объеме инвестиций.
В последние два года вопросы создания транспортной инфраструктуры Санкт-Петербурга на фоне возникших проблем выживания и обеспечения возвратности инвестиций в краткосрочном периоде отложены до лучших времен. Специалистам понятно, что данное направление актуально, востребовано и даст значительный социальный эффект при коммерческом интересе потенциальных инвесторов.
При размещении мест хранения личных легковых автомобилей необходимо обеспечить их пешеходную доступность в пределах до 500 м. Для новой застройки можно подземные гаражи связывать подземными переходами и лифтами с жилыми зданиями и общественными центрами. При этом организация хранения автомобилей должна учитывать
характер и этажность застройки. В районах с новой комплексной жилой застройкой перспективны встроенные гаражи, а также полуподземные и подземные гаражи под дворовыми участками, площадями, скверами и бульварами.
Подземные многоуровневые гаражи и стоянки, несмотря на более высокую стоимость строительства, имеют ряд преимуществ, главным из которых является возможность их устройства в местах, где недопустимо наземное строительство.
При планировании строительства подземных паркингов в Санкт-Петербурге особое внимание следует обратить на инженерно-геологические условия, которые в центральной части представлены слабыми пылевато-глинистыми водо-насыщенными грунтами и характеризуются как сложные.
Специалистами фирмы ЗАО «Геострой» накоплен опыт применения современных технологий устройства котлованов, подземных выработок, закрепления и стабилизации слабых грунтов. Технические решения по технологии строительства подземных сооружений открытым способом, как правило, являются комплексными и включают технологии крепления котлована, разработки грунта в нем и устройства конструкций сооружения; инженерные мероприятия по защите котлована и подземного сооружения от подземных вод; инженерные мероприятия по обеспечению сохранности вблизи расположенной существующей застройки; обеспечение выполнения экологических требований по охране окружающей среды.
На выбор технологии возводимого открытым способом подземного сооружения решающее значение оказывают: габариты; месторасположение (строительство на свободной территории или в условиях тесной существующей застройки); инженерно-геологические и гидрогеологические условия участка строительства; необходимость соблюдения экологических требований по охране окружающей среды; экономические соображения; возможности строительной организации.
При проектировании подземных сооружений в районах существующей застройки необходим геотехнический прогноз влияния строительства на изменение напряженно-деформированного состояния грунтового массива и деформации существующих зданий и сооружений. Выбранная технология должна удовлетворять соблюдению значений предельно допустимых дополнительных деформаций эксплуатируемых зданий, попадающих в зону влияния нового строительства. При проектировании подземных сооружений, перекрывающих частично или полностью естественные фильтрационные потоки в грунтовом массиве, а также изменяющих условия и пути фильтрации подземных вод, следует выполнять прогноз изменений гидрогеологического режима площадки строительства.
При современном подземном строительстве основными технологиями признаются способы устройства ограждения котлована методом «стена в грунте», которая устраивается либо из секущихся буронабивных свай, либо грейферным способом. В последние годы устройство конструкций ограждения котлованов из секущихся буронабивных свай нашло широкое применение. Одна из причин этого предпочтения на отечественном геотехническом рынке чисто экономическая. Буровые установки, используемые для устройства буронабивных свай, значительно дешевле комплексов для устройства «стены в грунте» при помощи грейферного оборудования, где в состав комплексов входит бентонитовый
-----мшпшццдь
СТРОИТЕЛЬСТВО
Рис. 4. Устройство ограждения котлована вдавливанием металлического шпунта при строительстве офисного комплекса гостиницы «Невский палас»
Рис. 5. Устройство ограждения котлована при помощи конструкции «стена в грунте» при реконструкции Конюшенного корпуса (Петергоф, Михайловская дача)
Рис. 6. Конструкция «стена в грунте» при строительстве гостиницы (Санкт-Петербург, ул. Гончарная)
завод. Ограждение котлована, выполненное методом «стена в грунте» (рис. 3), имеет существенные преимущества как в технических вопросах обеспечения строительного подземного пространства гидроизоляционной защитой, так и за счет совмещения функций ограждения котлована и несущей конструкции фундамента строящегося здания или сооружения (рис. 4). Способ «стена в грунте» позволяет осуществлять строительство в непосредственной близости от существующих зданий и сооружений (рис. 5); при значительной глубине сооружения (до 50 м); при больших размерах в плане и сложной форме сооружения; при высоком уровне подземных вод.
Технологические приемы, применяемые для замоноли-чивания (тампонажа) стыков при устройстве «стен в грунте», должны обеспечивать достаточную прочность и водонепроницаемость (рис. 6, 7). Технология устройства «стены в грунте» отдельными захватками (опережающими и соединительными) предусматривает установку арматурных каркасов и бетонирование в опережающих захватках и последующую разработку соединительных захваток со срезкой бетона. Такая технология обеспечивает монолитность «стены в грунте» и отсутствие холодных и грязевых швов в стыках.
Для надежного уплотнения проблемных стыков между панелями траншейных стен, как показал опыт строительства, в условиях слабых водонасыщенных пылевато-гли-нистых грунтов успешно применяется технология струйной цементации «jet-grouting». При этом цементационные работы могут выполняться как снаружи ограждающих котлован стен, так и изнутри котлована до его разработки. С этой целью в зависимости от прогнозируемой величины раскрытия стыков с глубиной могут быть применены неармируе-мые или армируемые металлическими трубами грунтоце-ментные колонны диаметром 600 или 800 мм.
Новым и прогрессивным является также способ разработки грунта в котловане TOP-DOWN через оставляемые в перекрытии многоэтажных подземных сооружений технологические отверстия. В этом случае дополнительное рас-
крепление ограждающих стен котлована применяется только на участках, где это требует статический расчет.
Ограждение из буронабивных свай относится к мало-деформирующимся видам крепления и его целесообразно применять в случае больших нагрузок на бровке котлована, а также на сами сваи при использовании их в качестве несущего элемента строящегося сооружения. В качестве ограждения котлованов из буронабивных свай применяют три группы свайных стен: с прерывистым расположением свай, из касательных и секущихся свай. Стены с прерывистым расположением свай устраиваются в сухих связных грунтах, способных держать вертикальный откос. Промежуток между сваями для предотвращения местных вывалов защищается устройством забирки из досок, тонких железобетонных плит, гофрированных стальных листов или закреплением межсвайного грунта при помощи технологии «jet grouting». Ограждение котлованов из касательных свай, имеющих касательное сопряжение, показало высокую надежность и эффективность конструкции в грунтовых условиях центрального района Санкт-Петербурга в сочетании с устройством инъекционной шпонки на стыке сопрягающихся свай или закреплением массива грунта при помощи высоконапорной инъекции (технологии «jet grouting»). Для обеспечения совместной работы по верху стенки устраивается обвязочная железобетонная балка.
Опыт устройства ограждения котлованов из секущихся буронабивных свай показал возможность применения данного способа в грунтовых условиях Санкт-Петербурга. Параметрами, определяющими успех, являются технологические и инструментальные особенности процесса изготовления стены из секущихся буронабивных свай (рис. 8). В практике строительства Санкт-Петербурга используются буронабивные сваи 350-1500 мм. В условиях слабых грунтов для исключения выпора грунта в скважину устраивается так называемая «грунтовая пробка» или осуществляется бурение под бентонитовым или гидравлическим прогрузом.
--------- Ц П ШЦ Ы П Е
СТРОИТЕЛЬСТВО
Рис. 7. Строительство подземного паркинга (Санкт-Пе- Рис. 8. Стены из секущихся бурона- Рис. 9. Буровая машина RTG 21 тербург, ул. Пархоменко) бивных свай фирмы Бауэр для устройства свай
по технологии Double Rotary
К преимуществам ограждений из буронабивных свай в качестве конструкции ограждения котлованов можно отнести: использование в качестве основания прочных грунтов, залегающих на большой глубине; устройство свай разной длины, опирающихся на необходимой отметке при резко пересеченном рельефе кровли прочных грунтов, принятых за основание свай; устройство ограждений стен котлованов, когда уровень подземных вод залегает выше уровня дна котлована; передача на одну сваю большого диапазона нагрузок (1000-10000 кН); устройство свай большего диаметра по сравнению с забивными сваями, что значительно улучшает работу свай на горизонтальную нагрузку; повышение надежности сооружений за счет уменьшения общих и неравномерных осадок; исключение подвижки и деформации грунтового массива и расположенных поблизости зданий за счет повышенной жесткости свай; устройство свай без армирования в нижней ее части, где отсутствует передача моментов и горизонтальных сил; отсутствие существенных вибраций и сотрясений в процессе производства работ; сокращение потребности в механизмах и транспорте.
В грунтовых условиях Санкт-Петербурга применяются следующие способы бурения скважин для устройства бу-
ронабивных свай: бурение под защитой обсадных инвентарных труб, при этом для экскавации породы из скважины используются желонки - в водонасыщенных пылева-тых песках, текучих супесях и илах. В глинистых грунтах от мягкопластичной до твердой консистенции для бурения используется короткий проходной шнек, в нижней части которого в зависимости от предполагаемых включений в породе могут быть устроены резцы или скальные зубья. В современных условиях высокую производительность и безопасность работ обеспечивает технология устройства буронабивных свай с использованием технологии двойного вращения (Double Rotary), когда внутри обсадной трубы находится непрерывный проходной шнек, а бурение производится одновременным погружением снаряда в грунт при разных направлениях вращения обсадной трубы и проходного шнека (рис. 9). Бетонирование выполненной скважины производится подачей бетонной смеси через проходное отверстие в шнековой колонне, имеющей на рабочей голове шнека клапан, который открывается при подаче бетонной смеси. Каркас устанавливается при помощи вибропогружения в литой бетон уже заполненной до устья скважины.
Сравнение экономических показателей методов ограждения котлованов показывает, что производительность работ по устройству стен из буросекущихся свай примерно в пять раз ниже производительности по устройству траншейных стен в грунте. В тех случаях, когда «стена в грунте» по каким-либо причинам невыполнима, стена из буросекущихся свай остается надежным видом ограждения котлованов.
Стальные шпунтовые ограждения в определенных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях и при глубине котлована до 7-8 м по технико-экономическим показателям могут оказаться эффективнее других способов ограждения котлованов. Применение этого вида ограждающих элементов, погружаемых, как правило, при помощи вибрации с использованием безрезонансных вибраторов или вдавливанием, регламентируется состоянием расположенных вблизи эксплуатируемых сооружений. Кроме того, шпунтовая стена из металлического шпунта относится к гибким конструкциям, способным получать значительные горизонтальные деформации. Существует мнение, что шпунтовые ограждения целесообразно использовать при отсутствии вблизи бровки котлована значительных нагрузок. Шпунт, так же как и балочное ограждение, чаще всего предусматривается извлекаемым из грунта, для чего используются механизмы, аналогичные применяемым для погружения.
Для обеспечения устойчивости ограждающей конструкции при глубине котлована более 4-6 м необходимо применять крепление распорными (рис. 10) или анкерными конструкциями (рис.11). К преимуществам распорных систем перед анкерными следует отнести: простоту и дешевизну устройства; отсутствие необходимости специальной технологии и специального оборудования; многократное использование. Поэтому там, где возможно, предпочтение следует отдавать распорным системам. Хорошо зарекомендовали себя наклонные распорки с упором на фрагмент днища котлована или на специально выполненную свайную опору.
Применение анкерного крепления ограждающих конструкций котлованов взамен распорных систем во многих случаях дает ряд технико-экономических преимуществ, важнейшими из которых являются: отсутствие ограничений по ширине котлована; расширение фронта разработки грунта в котловане строительной техникой; отсутствие помех при монтаже конструкций сооружения; отсутствие необходимости в перекладке распорных элементов; применение там, где это возможно, одностороннего крепления ограждения котлована; получение существенного технико-экономического эффекта в последующих технологических операциях по возведению подземного сооружения (земляные работы, монтаж строительных конструкций), что обеспечивает сокращение сроков строительства. Анкеры не могут устанавливаться в слабых пылевато-глинистых грунтах, таких как глины текучей консистенции, илы, заторфован-ные грунты и торфы.
Наиболее широко применяются инъекционные предварительно напряженные грунтовые анкеры, в которых закрепление в грунте создается путем нагнетания в рабочую зону твердеющих растворов, как правило, на основе портландцементов. Такие анкеры обладают целым рядом преимуществ: экономичностью; хорошим сцеплением затвердевшего цементного раствора с тягой; высокой не-
сущей способностью; образованием защитного слоя от коррозии.
Способы строительства подземных сооружений «top-down» («сверху вниз») позволяют отказаться от крепления ограждения котлована временными распорными конструкциями или анкерами, поскольку в качестве распорной системы, обеспечивающей устойчивость, служат междуэтажные перекрытия. Эти методы строительства являются наиболее щадящими по отношению к близлежащей существующей застройке, обеспечивая минимальные по сравнению с другими способами крепления котлованов, осадки существующих зданий и сооружений.
Технология струйной цементации или технология «jet-grouting» заключается в разрушении и перемешивании грунта высоконапорной струей цементного раствора, исходящего под высоким давлением из монитора, расположенного на нижнем конце буровой колонны. В результате в грунтовом массиве формируются сваи диаметром 0,6-1 м из нового материала - грунтобетона с достаточно высокими несущими и противофильтрационными характеристиками.
Для повышения устойчивости стен, выполненных методом струйной цементации, применяют армирование стальными трубами диаметром 500-600 мм или прокатными балками (h = 50-60 мм), располагаемыми с шагом 1,5-2 м вдоль стены.
Применение технологии «jet-grouting» на ряде объектов Санкт-Петербурга в сложных инженерно-геологических условиях показало эффективность и перспективность этой технологии как при новом строительстве, так и при реконструкции зданий, выполняемых в условиях тесной городской застройки.
Одним из способов первичной активизации инвестиционного процесса строительства подземных паркингов и парковок в кризисный период 2008-2009 гг. может являться создание консорциума для строительства одного или нескольких конкретных объектов, в которых на основе государственно-частного партнерства, администрация города могла бы взять на себя функцию координатора, а также предоставление гарантий со стороны города для привлечения кредитных ресурсов по финансированию паркингов в центральной части города.
Как показывает опрос среди девелоперов и застройщиков, для инвесторов и потенциальных заказчиков паркингов основным выводом можно считать заключение о потенциальной привлекательности места строительства, его вовлеченности в городскую инфраструктуру, а также возможности многофункционального использования двух первых этажей подземного пространства с наличием дневного освещения через фонари или участки покрытия. Для деловых комплексов и бизнес-центров можно предложить подземные паркинги как часть единого комплекса с передачей на конструкции подземной части функции обеспечения устойчивости и передачи нагрузки на грунты основания (фундамент здания).
Подписка на электронную версию
Актуальная информация для всех работников штптйЛиШИ строительного комплекса 11"ЦД11У1Ы1вЦ
http://ejournal.rifsm.ru/
