CC BY
38Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.152
А.И. ОСОКИН1, канд. техн. наук (a.osokin@geostroy.ru), С.В. ТАТАРИНОВ2, канд. техн. наук (bspr-spb@yandex.ru), О.О. ДЕНИСОВА2, инженер,
Е.В. МАКАРОВА2, инженер
1 ЗАО «ГЕОСТРОЙ» (191180, г. Санкт-Петербург, Загородный пр., 27/21), 2 ООО «Бюро экспертизы и совершенствования проектных решений» (197046, г. Санкт-Петербург, ул. Малая Посадская, 4)
Система геотехнического мониторинга как средство обеспечения безопасности строительства
Показано, что внедрение системы геотехнического мониторинга позволяет выявить влияние и развитие неблагоприятных факторов при производстве строительных работ в условиях существующей исторической застройки. Система включает целый комплекс инструментальных измерений, дающих возможность производить постоянные наблюдения за состоянием конструкций окружающей застройки в процессе производства работ; вести геотехнический мониторинг за процессом выполнения работ в целях безопасности и соответствия технологическим регламентам; оценивать техническое состояние и обеспечивать сохранность возводимых конструкций со своевременным выявлением дефектов; обеспечивать безаварийное производство работ на всех этапах строительства; оценивать соответствие фактических деформаций и напряжений, возникающих в конструкциях; снижать стоимость и продолжительность строительства за счет оптимизации и корректировки проектно-технологических решений. Приведены конкретные примеры использования комплексной программы мониторинга на строительных площадках, расположенных, в историческом центре Санкт-Петербурга.
Ключевые слова: геотехнический мониторинг, безопасность строительства, «стена в грунте», обеспечение сохранности исторических зданий, инженерно-гидрогеологическая ситуация строительной площадки.
A.I. OSOKIN1, Candidate of Sciences (Engineering)(a.osokin@geostroy.ru), S.V. TATARINOV2, Candidate of Sciences (Engineering)(bspr-spb@yandex.ru),
O.O. DENISOVA2, Engineer, E.V. MAKAROVA2, Engineer 1 ZAO "GEOSTROY" (27/21, Zagorodny Avenue, 191180, Saint Petersburg, Russian Federation) 2 OOO "Bureau of Expertise and Improvement of Design Conceptions (4, Malaya Posadskaya Street, 197046, Saint Petersburg, Russian Federation)
Geotechnical Monitoring System as a Tool for Ensuring the Safety of Construction
It is shown that the introduction of a system of geotechnical monitoring makes it possible to reveal the influence and development of adverse factors during construction works under the condition of the existing historical urban development. The system includes the whole complex of instrumental measurements which make it possible to continually monitor the condition of structures of surrounding development during construction works; to carry out the monitoring of the process of works execution for the purpose of safety and correspondence to process procedure; to assess the technical condition and ensure the safety of structures being constructed with timely detection of defects; to ensure the accident-free execution of works at all stages of construction; to assess the conformity of actual deformations and stresses occurring in the structures; to reduce the cost and duration of construction due to optimization and correction of design-technological decisions. Specific examples of the use of a complex monitoring program for construction sites located in the historic center of St. Petersburg are presented.
Keywords: geotechnical monitoring, security of construction, slurry wall, ensuring the preservation of historical buildings, engineering-hydrogeological situation of construction site.
В настоящее время строительная отрасль в Санкт-Петербурге активно развивается - застройщиками производится масштабное освоение новых пригородных территорий, возводятся крупные жилые комплексы и зачастую застраиваются целые районы, проектируются новые общественные деловые и торговые центры. Тем не менее наибольшим спросом и популярностью всегда пользуются участки для строительства в центре города, оставаясь наиболее востребованным для застройщиков.
Однако стоит понимать, что участок для строительства в центральной части города всегда ограничен окружающей исторической застройкой. Территория очень дорога, высота новых зданий нормируется и ограничена историческим обликом города, поэтому практически весь участок предполагается под застройку. В результате в настоящее время все большее развитие набирает альтернативное решение - освоение подземного пространства под проектируемыми зданиями, увеличение количества этажей ниже поверх-
1о| —
ности земли. До начала 1990-х гг. среди проектировщиков и чиновников существовало мнение, что устройство подвальных помещений и освоение подземного пространства в центральной части города при встройках, реконструкции и приспособлении небезопасно для окружающей застройки, в результате чего рекомендовалось минимизировать котлованные работы, избегая устройства подземных этажей. Появление практической геотехники в гражданском строительстве в начале 1990-х гг. позволило выполнять ограждение котлованов глубиной до 3-5 м. За последние 10 лет заглубление подземных частей здания увеличилось до 6-7 м (1-2 этажа). Сегодня глубина устраиваемых котлованов в центральной части города уже преодолела отметку 14,5 м (3-4 этажа). Увеличение полезного объема здания за счет освоения подземного пространства для центральной части Санкт-Петербурга вызывает инвестиционный интерес у заказчиков и застройщиков, заранее предопределяя более чем выгодное освоение участка. Сразу решается вопрос
^^^^^^^^^^^^^ 92014
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 1. План реконструируемого здания
с размещением технических и подсобных помещений, торговых площадей, а самое главное, парковок, для которых свободных городских участков как всегда не хватает.
Активное освоение подземного пространства в центре города - очень сложный с технической и технологической точки зрения процесс. Особенности грунтов, формирующих инженерно-геологические условия центральной части Санкт-Петербурга, наличие в непосредственной близости от участка застройки существующих зданий XVIII-XIX вв., возведенных на естественном основании и являющихся архитектурными и историческими памятниками, - существенные факторы, определяющие объем финансирования для любого инвестиционного проекта. Но пожалуй, самым главным фактором риска остается значительная (от 4-15 м) требуемая глубина подземного объема проектируемого здания, что и определяет основные условия по выбору технологии и оборудования при ведении подземного строительства в центральной части города.
Большая глубина разрабатываемых котлованов предполагает либо ограждения с мощными, сложными многоуровневыми распорными системами, либо использование дисковой системы раскрепления котлована типа top-down. Это, в свою очередь, существенным образом усложняет и удорожает как проектные решения, так и главным образом проведение строительно-монтажных работ. Серьезный комплекс расчетов по проектированию системы ограждения котлованов и качественное производство работ на площадке должны в полной мере обеспечивать безопасность на участке и сохранность окружающей застройки. Однако даже при качественно рассчитанном и проработанном проекте можно наблюдать развитие деформаций, а порой
и возникновение аварийных ситуации, вызывающих значительные повреждения конструкций соседней застройки. Причины развития деформаций и возникновения аварийных ситуаций могут быть различными: неполное соответствие реальных геологических условий результатам изысканий, технологическое воздействие при производстве работ, особенности применяемых машин и механизмов и многое другое. Предугадать эти причины не всегда возможно [1-5].
Выявить влияние и развитие неблагоприятных факторов при производстве работ позволяют регулярные наблюдения за ходом строительства - внедрение и использование комплексной системы мониторинга. Она включает целый комплекс инструментальных измерений (визуальное и инструментальное наблюдение за техническим состоянием зданий, контроль за деформациями конструкций путем постановки «маячков», геодезические наблюдения, инклино-метрия, тензометрия и др.) [6]. Выполнение комплексного геотехнического мониторинга позволяет:
- производить постоянные наблюдения за состоянием конструкций окружающей застройки в процессе производства работ, в том числе в режиме реального времени;
- вести геотехнический мониторинг за процессом выполнения работ, обеспечивая его безопасность и соответствие технологическим регламентам;
- оценивать техническое состояние и обеспечивать сохранность возводимых конструкций со своевременным выявлением дефектов;
- обеспечивать надежное (безаварийное) производство работ на всех этапах строительства (работы по демонтажу окружающих зданий, устройство ограждающей
Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 2. Устройство конструкции ограждения котлована «стена в Рис. 3. Вид площадки реконструкции здания с уровня выполненной грунте» на участке строительства подземной части железобетонной плиты подземного уровня
конструкции и удерживающей системы, выполнение свай, экскавация грунта из котлована, сооружение подземной и наземной частей здания в целом и пр.);
- оценивать соответствие прогнозируемых и фактических деформаций и напряжений, возникающих в конструкциях, выявить правильность принятых методов расчета и соответствие проектных решений критерию геотехнической безопасности;
- снижать стоимость и продолжительность строительства за счет возможной оптимизации и корректировки проектно-технологических решений.
В качестве примеров использования комплексной программы мониторинга в статье рассмотрена организация и проведение работ на строительных площадках, расположенных в историческом центре Санкт-Петербурга.
Площадка № 1. Реконструкция здания под гостиницу с организацией подземного пространства на ул. Правды, 10 в Центральном районе Санкт-Петербурга (рис. 1).
По данным результатов проведенных изысканий (трест ГРИИ, 2007 г.), инженерно-геологические условия площадки реконструкции представлены характерным для данной части города напластованием грунтов. С поверхности залегают техногенные отложения (^), представленные насыпными грунтами, мощностью до 1,6-1,9 м. Далее расположены современные морские и озерные отложения (т,!|У)
суммарной мощностью 4,9-5 м, представленные песками пылеватыми, средней плотности, насыщенными водой, с растительными остатками, прослоями и слоями торфа и песками пылеватыми, плотными, насыщенными водой. Их подошва залегает на глубине 6,7-7 м. Данный слой является несущим для фундаментов на естественном основании существующей части здания. Ниже по разрезу залегают верхнечетвертичные озерно-ледниковые (lg III) отложения в виде суглинков тяжелых, пылеватых, ленточных, текучей консистенции с мощностью слоя 3,2-6,5 м, обладающих очень низкими прочностными характристиками. Удельное сопротивление под конусом зонда 0,7-0,9 МПа. В нижней части разреза расположены верхнечетвертичные ледниковые (g III) отложения, представленные супесями пылеватыми, пластичными с гравием, галькой и валунами до 20%, с гнездами и линзами песка, и суглинками легкими, пылеватыми с редким гравием, тугопластичны-ми. Подошва ледниковых отложений не вскрыта. Пройденная бурением и статическим зондированием их мощность составляет 20,5 м.
Гидрогеологические условия площадки характеризуются наличием грунтовых вод со свободной поверхностью на глубинах 1,5-1,9 м, приуроченных к насыпным грунтам, морским и озерным пескам пылеватым, а также прослоям песка в суглинках ленточных, пылеватых. Относительным
Рис. 4. Ограждение котлована при приспособлении исторической части здания с устройством подземного этажа
Рис. 5. Вид построенной гостиницы «Эрмитаж». 2013 г.
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Рис. 6. Разработка котлована по технологии top-down
водоупором служат ледниковые супеси. Максимальное положение уровня грунтовых вод ожидается в периоды обильного снеготаяния и выпадения атмосферных осадков на глубине 0,8-1 м.
Проектом реконструкции исторического здания под гостиницу предполагалось устройство в его сохраняемой части подвального этажа и заглубление дворовой части здания с целью организации подземного объема для размещения технических помещений.
Реконструируемое здание было построено в 1850 г. для купца Лобова, позже по проекту гражданского инженера А.Г. Голубкова (в 1912-1913 г.) перестроено под Железнодорожный клуб, а затем в 1935 г. по проекту архитектора В.П. Макашова реконструировано под Дом культуры. В период перестройки с конца 1980-х гг. оно неоднократно меняло и собственников и свое назначение. В 2005 г. в здании случился пожар и проблема его сохранения стояла очень остро. В 2007 г. у здания появился новый собственник и инвестор - ЗАО «Международная Балтийская Инве-
стиционная Компания», руководители которой, являясь настоящими патриотами Санкт-Петербурга, в период с 2008 по 2013 г. осуществили проект великолепной официальной гостиницы Эрмитажа.
Согласно проекту реконструкции на объекте предусмотрена откопка котлована глубиной до 5,2 м, что потребовало выполнения геотехнического обоснования и расчета с определением зон влияния строительства на окружающую застройку. Учитывая, что часть здания сохраняется, для обеспечения устойчивости существующих строений и исключения развития дополнительных осадок под фундаментами домов вблизи строительной площадки было принято хорошо зарекомендовавшее себя конструктивное решение, сочетающее устройство ограждающей конструкции из бу-ронабивных свай (диаметром 350 мм, длиной 10 и 13 м) и конструкции «стена в грунте» (толщиной стенки 400 мм и глубиной погружения панелей 10 м от дневной поверхности). Для герметизации стыков панелей «стены в грунте» и буросекущихся свай по проекту предусмотрена обработка
Рис. 7. Последовательность разработки котлована по технологии top-down
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
а О
б О
-5 -4 -3 -2 -1 О 1 2 3 4 5 -2665 -2210,5-1756 -1301,5 -847 -392,5 62 516,5 971 1425,5 1880
Перемещения Х ш Момент М, кН-м
Рис. 8. Горизонтальные перемещения (а) и изгибающий момент (б) в конструкции «стена в грунте» на 1-м — 3-м этапах откопки
Условные обозначения
- инклинометрическая скважина
- скважина для измерения уровня грунтовых вод
- геодезическая марка
Рис. 9. Схема расположения инклинометрических и пьезометрических скважин
- - номер геодезической марки
- номер инклинометрической скважины '. " - номер скважины для измерения уровня грунтовых вод [ - выполненная панель «стена в грунте» с устроенной инклинометрической трубкой
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Рис. 10. График результатов измерения уровня грунтовых вод по режимным скважинам Рс2; Рс6; Рс7; Рс8; Рс10
участков каждого стыка высоконапорной инъекцией по технологии Jet Grouting (рис. 2-4).
При строительстве здания был организован геотехнический мониторинг, целью которого являлось обеспечение безопасного выполнения комплекса геотехнических работ при устройстве котлована и работ по строительству подземной части здания. Специально разработанная программа мониторинга включала: геодезический контроль за деформациями зданий окружающей застройки и конструкций реконструируемого здания; системные наблюдения за деформациями ограждающих конструкций в процессе откопки котлована и строительства с установкой инклино-метрических трубок и деформационных марок; наблюдение за колебанием уровня грунтовых вод при строительстве; наблюдение за состоянием деформационных маяков, установленных на трещинах зданий окружающей застройки; геологический мониторинг с обеспечением подтверждения физико-механических характеристик грунтов несущего (опорного) слоя свайных фундаментов и свай усиления. В процессе ведения работ контролировалось устройство ограждающих конструкций котлована по технологической последовательности, соблюдению технологических параметров, обеспечению минимизации технологического воздействия на существующие фундаменты при примыкании к ним за счет контролируемых параметров технологической выдержки устраиваемых свай и панелей «стены в грунте» (рис. 5).
Площадка № 2. Строительство административного здания в Центральном районе Санкт-Петербурга.
Участок застройки имеет целый ряд факторов, осложняющих проведение работ при строительстве здания: близкое расположение охраняемых исторических зданий; сложные инженерно-геологические и гидрогеологические условия и при этом большая глубина запроектированного котлована, предполагающая устройство мощной системы ограждения и щадящей технологии ведения строительных работ.
Площадка строительства характеризуется сложными инженерно-геологическими и гидрогеологическими услови-
9'2014 ^^^^^^^^^^^^^
ями: в геологическом строении участка в пределах глубины бурения (40 м) принимают участие техногенные насыпные грунты, послеледниковые (озерно-морские) отложения и ледниковые отложения лужской морены.
Под слоем неоднородных по составу и свойствам насыпных грунтов залегает мощная толща (до глубины ~22,5 м) водонасыщенных песчаных отложений различной крупности (от пылеватых до крупных), обладающих целым рядом отрицательных строительных свойств. Пылеватые и мелкие пески разуплотняются при динамическом воздействии, способны разжижаться и переходить в плывунные состояния с резким снижением несущей способности; пески средней крупности и крупные являются сильно фильтрующими грунтами. В основании озерно-морской толщи залегает слой слабых, структурно-неустойчивых суглинков, который может привести к развитию значительных неравномерных осадок. Нарушение условий естественного залегания данных грунтов и динамическое воздействие на них работающей техники могут спровоцировать деформации примыкающих зданий и суффозионные процессы. Кроме того, вся толща песчаных отложений является водонасыщенной, что в значительной мере осложняет ведение работ на участке.
Моренные отложения, представленные супесями пы-леватыми с прослоями песка пластичной консистенции и включениями валунов на разных уровнях, расположены на глубине от 22,5 м.
Согласно материалам изысканий и результатам наблюдений за колебаниями грунтовых вод на площадке застройки средний уровень грунтовых вод расположен на глубине ~1 м от поверхности.
Строящееся здание шестиэтажное, с тремя подземными этажами, сложной формы в плане. Конструктивная система здания смешанная: представляет собой совокупность несущих конструктивных элементов - колонн, стен, лестничных клеток, объединенных безбалочными плитами перекрытий и покрытия. Конструкции здания решены в монолитном железобетоне.
Фундамент здания свайно-плитный. Для устройства свайного основания по проекту были приняты буровые сваи
- Il5
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
2,27
4,53
6,8
9,06
а, 11,33
й
13,6
15,86
18,13
20,39
22,66
j
;
®
б о
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Перемещения Х, см
2,27
4,53
6,8
9,06
а, 11,33
й
13,6
15,86
18,13
20,39
22,66
—¿^L /
L.
f.Yi*iV.V,-|V|-"iVi Y.V Vi^L^
i.........i.......1.......1 )
i ! ;
!
Jj
i { i
Этап 1
-2605 -2160,5 -1716 -1271,5 -827 -382,5 62 506,5 951 1395,5 1840 Момент М, кНм
Этап 2 Этап 3
Рис. 11. Горизонтальные перемещения (а) и изгибающий момент (б) в конструкции «стена в грунте» на 1-м -3-м этапах откопки при понижении УГВ
диаметром 880 мм с глубиной погружения 25 м от дневной поверхности, выполняемые со стартового котлована.
Большая глубина подземного объема здания, сложные геологические условия площадки и близкое расположение окружающих домов предопределили устройство мощной системы ограждения. Общая глубина котлована составляет более 13,5 м (приямки до 15 м) от дневной поверхности земли. Для обеспечения устойчивости грунта и исключения развития дополнительных осадок под фундаментами существующих зданий окружающей застройки во время производства работ на площадке ограждение котлована было запроектировано в виде железобетонной «стены в грунте» толщиной 800 мм и длиной 23,9 м (при устройстве из стартового котлована глубиной 1,6 м), выполняющей одновременно функции подпорной стенки и противофиль-трационной завесы. Конструкция «стена в грунте» заделана в слой относительного водоупора - супеси пылеватые с гравием и галькой, пластичные с модулем деформации Е = 16 МПа; показателем текучести IL = 0,39; коэффициентом пористости е = 0,462; проектный коэффициент фильтрации kf = 0,01 м/сут.
Разработка котлована предусмотрена по щадящей технологии top-down с последовательным устройством междуэтажных перекрытий подземных этажей и фундаментной плиты здания, выполняющих роль распорных креплений ограждения (рис. 6).
Сложные инженерно-геологические и строительные условия участка застройки, необходимость обеспечения сохранности окружающих исторических зданий и значительная глубина устраиваемого котлована предопределили применение при производстве строительных работ системы геотехнического мониторинга. Она включает целый комплекс наблюдений за строящимся и примыкающими зданиями, а также массивом грунта, окружающим котлован: геодезические наблюдения; инклинометрические измерения массива грунта и ограждающей конструкции; замеры колебания уровня грунтовых вод; измерения усилий в возводимых конструкциях и др.
Рассмотрим результаты расчетных значений перемещений «стены в грунте» и фактически полученных данных при
измерении - отклонении ограждения котлована по инкли-нометрическим скважинам, а также мониторинг колебания уровня грунтовых вод и его влияние на перемещения и усилия в конструкции.
Расчетные значения горизонтальных перемещении конструкции «стена в грунте» были получены в программном комплексе Р1_АХ!в и Wall-3. Решение контактной задачи осуществлялось с использованием метода конечных элементов, при этом давление на грань подпорной конструкции определялось с учетом ее смещения, а сама конструкция рассматривалась как балка на упругопластическом основании с коэффициентом постели, линейно изменяющимся с увеличением глубины.
Расчет горизонтальных перемещений конструкции «стена в грунте» был выполнен для следующих этапов
Таблица 1
Этапы разработки котлована
1-й этап (на глубину ~4,2 м) 2-й этап (на глубину ~7,5 м) 3-й этап (на глубину ~13,1 м)
Максимальные перемещения, см Максимальный изг. момент, кНм 2,237 569,21 1,852 600,25 4,539 2663,15
Таблица 2
Этапы разработки котлована
1-й этап (на глубину ~4,2 м) 2-й этап (на глубину ~7,5 м) 3-й этап (на глубину ~13,1 м)
Максимальные перемещения, см 1,959 1,643 4,347
Максимальный изг. момент, кНм 541,51 580,74 2606,3
Таблица 3
Этапы разработки котлована
1-й этап (на глубину ~4,2 м) 2-й этап (на глубину ~7,5 м) 3-й этап (на глубину ~13,1 м)
Максимальные перемещения «стены в грунте» (от нулевого измерения), см 1 1,15 1,35
0
а
Научно-технический и производственный журнал
22.01.2013 (нулевое измерение) 03.06.2013 (откопка котлована на глубину 4,2 м)
31.08.2013 (откопка котлована на глубину 7,5 м)
20.05.2014 (откопка котлована на глубину 13,1 м)
25
Рис. 12. Графики горизонтальных перемещений инклинометрических трубок, устроенных в панелях № 19 и 20
Таблица 4
Этапы разработки котлована
1-й этап (на глубину ~4,2 м) 2-й этап (на глубину ~7,5 м) 3-й этап (на глубину ~13,1 м)
Максимальные перемещения, см Максимальный изг. момент, кНм Расчет в соответствии с инженерно-геологическими изысканиями 2,24 1,85 4,54
569,21 600,25 2663,15
Расчет при пониженном уровне грунтовых вод 1,96 1,64 4,35
541,51 580,74 260,63
Результаты инклинометрических измерений 1 1,15 1,35
- - -
разработки котлована: откопка на глубину ~4,2 м с консольной конструкцией ограждения; последующая откопка котлована на глубину ~7,5 м с устройством перекрытия на отм. -4,2 м; откопка котлована на полную глубину с двумя уровнями распорных конструкций (перекрытия на отм. -4,2 м и -7,5 м).
Последовательность разработки котлована приведена на рис. 7.
В расчете учтены нагрузки от напластования грунтов, давление подземных вод с глубины 0,9 м от дневной поверхности в соответствии с данными гидрогеологических исследований. Также учтено давление от грунта выше бровки котлована, нагрузка от складируемых материалов и движения строительных машин и механизмов (суммарно 66 кПа) (указанная нагрузка приложена на расстоянии 0,5 м от бровки котлована).
Максимальное значение горизонтального перемещения стены составило 4,539 см на третьем этапе откопки. Результаты расчета сведены в табл. 1 и представлены на рис. 8.
Программой мониторинга был предусмотрен контроль уровня грунтовых вод (УГВ) (пьезометрические наблюдения) на всех этапах откопки котлована. Для рассматриваемого участка строительства анализ инженерно-гидрологической ситуации особенно важен, он вызван близостью р. Невы, сезонным колебанием уровня грунтовых вод, наличием большой толщи слабых фильтрующих грунтов (пески мелкие, пески пылеватые). Данные исследования имеют своей целью определение взаимовлияния строительного водопонижения в котловане и уровня грунтовых вод вне котлована, что позволяет снизить риск возникновения дополнительных осадок зданий окружающей застройки и дорожного полотна на прилегающей территории.
Совокупность вышеизложенных факторов при построении расчетной модели учитывается многочисленными допущениями и коэффициентами. Данные, полученные при мониторинге, позволяют оценить принятые расчетные методы и модели и корректировать принятое проектное решение с целью обеспечения надежности и безопасности строительства.
Так, программой мониторинга предусмотрено устройство десяти пьезометрических скважин для контроля уровня грунтовых вод, расположенных по периметру ограждения котлована. Для рассматриваемой панели № 41 экспериментальные данные получены в результате наблюдения за уровнем грунтовых вод по режимной скважине № 2 (рис. 9).
В соответствии с данными инженерно-геологических изысканий при расчете «стены в грунте» давление грунтовых вод было принято с абс. отметки +2,000 м. В процессе водопонижения уровень грунтовых вод опустился до отм. +0,470 м (рис. 10), что было учтено при повторном расчете ограждающих конструкций котлована.
Расчет с корректировкой данных показал, что горизонтальные перемещения и усилия в конструкции «стена в грунте» уменьшаются. Расчетные данные сведены в табл. 2 и приведены на рис. 11.
В составе работ по геотехническому мониторингу производились наблюдения за деформациями (горизонтальными перемещениями) «стены в грунте», возникающими при поэтапной откопке котлована. С этой целью в 12 панелях конструкции были устроены инклинометрические трубки (рис. 9).
В ходе инклинометрических наблюдений зондом-датчиком отслеживались перемещения инклинометриче-ских трубок и, как следствие, конструкции «стены в грунте». Графики горизонтальных перемещений инклинометри-ческих трубок, устроенных в панелях № 19 и 20, представлены на рис. 12 соответственно.
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Результаты горизонтальных перемещений «стены в грунте» при поэтапной разработке котлована представлены в табл. 3.
Сравнивая результаты инклинометрических измерений горизонтальных перемещений «стены в грунте» за весь период разработки котлована с расчетными значениями (табл. 1), можно сказать, что фактические максимальные перемещения конструкции меньше рассчитанных. Характер графиков перемещений на 1-м и 2-м этапах разработки котлована аналогичен эпюре перемещений, однако при откопке 3-го этапа значительного изгиба конструкции на глубине ~12 м не зафиксировано: стена деформируется в сторону котлована относительно равномерно.
Многочисленные факторы - коэффициенты запаса (в том числе принимаемое значение угла трения грунта по стене), учтенные в расчете; понижение фактического уровня грунтовых вод при разработке котлована; достаточно условно построенный характер напластования на инженерно-геологических разрезах - не в полной мере отражают истинную работу «стены в грунте» при разработке котлована. В большинстве случаев натурно измеренные перемещения конструкции получаются меньше полученных значений при расчете.
Наряду с инклинометрическими измерениями, также в процессе геодезического мониторинга производился контроль перемещений верха конструкции «стена в грунте». На экспериментальные панели были установлены геодезические марки (рис. 9), по ним производилось ежемесячное снятие отсчетов. Нулевой отсчет был снят при положении конструкции «стена в грунте» после разработки котлована до отм. -4,5 м. Рассматриваемой панели № 41 соответствует марка 015. Измерения горизонтальных перемещений в процессе геодезических наблюдений показали, что максимальное приращение горизонтальных деформаций верха «стены в грунте» на 3-м этапе откопки не превысило 1 мм, что значительно меньше расчетного значения.
В процессе проведения комплекса мероприятий, предусмотренных программой мониторинга, получены данные, на основании которых можно сделать следующие выводы:
1. Зафиксированное понижение уровня грунтовых вод при разработке котлована уменьшает перемещения и усилия в конструкциях ограждения по сравнению с расчетом по данным изысканий.
2. Измеренные перемещения конструкций «стена в грунте» более чем в два раза меньше расчетных значений.
3. Наряду с контролем деформаций необходимо осуществлять измерения напряжений в сечении ограждающих конструкций котлована.
Результаты наблюдений и расчетов приведены в табл. 4.
Обобщая вышеперечисленное, заметим, что расчет конструкции при проектировании ведется на основании теории предельного равновесия на самое неблагоприятное сочетание нагрузок, что неизбежно приводит к определенному запасу прочности и перерасходу строительных материалов, увеличению сроков производства работ и, следовательно, к удорожанию строительства. Комплексная же программа мониторинга позволяет оценить напряженно-деформированное состояние конструкции «стена в грунте» в определенных инженерно-геологических и инженерно-гидрологических условиях и скорректировать принятые проектные решения с целью сокращения экономической составляющей. Система мониторинга необходи-
1в| -
ма также при ведении строительства в условиях стесненной городской застройки, при наличии слабых водонасы-щенных грунтов и возведении объектов повышенной ответственности. Это позволяет оценить работу конструкции наиболее точно и исключить риск возникновения аварийных ситуаций.
Список литературы
1. Мангушев Р.А., Осокин А.И. Особенности устройства фундаментов исторических зданий Санкт-Петербурга // Жилищное строительство. 2009. № 2. С. 46-48.
2. Мангушев Р.А., Никифорова Н.С., Конюшков В.В., Осокин А.И., Сапин Д.А. Проектирование и устройство подземных сооружений в открытых котлованах. М.: АСВ,
2013. 256 с.
3. Осокин А.И., Серебрякова А.Б., Шахтарина Т.Н., Шубин А.И. Подземные паркинги - основа совершенствования городской инфраструктуры мегаполисов (на примере Санкт-Петербурга) // Жилищное строительство. 2010. № 5. С. 32-34.
4. Безродный К.П., Мацегора А.Г., Маслак В.И., Осо-кин А.И., Болтинцев В.Б., Ильяхин В.Н. Контроль инъекционного укрепления в грунтовых условиях Санкт-Петербурга // Жилищное строительство. 2009. № 2. С. 4-9.
5. Мангушев Р.А., Осокин А.И. Геотехника Санкт-Петербурга. М.: АСВ, 2010. 259 с.
6. Осокин А.И., Денисова О.О., Шахтарина Т.Н. Технологическое обеспечение подземного строительства в условиях городской застройки // Жилищное строительство.
2014. № 3. С. 16-24.
References
1. Mangushev R.A., Osokin A.I. Features of Construction of Foundations of St. Petersburg Historical Buildings. Zhilishhnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 2010. No. 5, pp. 32-34. (In Russian).
2. Mangushev R. A. Nikiforova N. S., Konyushkov V. V., Osokin A.I., Sapin D.A. Proektirovanie i ustroistvo podzemnykh sooruzhenii v otkrytykh kotlovanakh [Design and the device of underground constructions in open ditches]. Moscow: ASV, 2013. 256 p.
3. Osokin A.I., Serebryakova A.B., Shakhtarina T.N., Shu-bin A.I. Underground Parkings - a Basis of Improvement of City Infrastructure of Megapolises (on an Example of St.-Petersburg). Zhilishhnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 2010. No. 5, pp. 32-34. (In Russian).
4. Bezrodny K.P., Matsegora A.G., Maslak V.I., Osokin A.I., Boltintsev V.B., Ilyakhin V.N. Control over Injection Stabilization under Soil Conditions of St. Petersburg. Zhilishhnoe stroiteistvo [Housing Construction]. 2009. No. 2, pp. 4-9. (In Russian).
5. Mangushev R.A. Osokin A.I. Geotekhnika Sankt-Peterburga [Geotekhnika of St. Petersburg]. Moscow: ASV, 2010. 259 p.
6. Osokin A.I., Denisova O.O., Shakhtarina T.N. Technology support of underground construction under conditions of urban development. Zhilishhnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 3, pp. 4-9. (In Russian).
^^^^^^^^^^^^^ 92014
