CC BY
86Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 72.025.5
РА. МАНГУШЕВ1, д-р техн. наук, член-корр. РААСН, А.И. ОСОКИН2, канд. техн. наук (a.osokin@geostroy.ru)
1 Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (Россия, 190005, г. Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, 4) 2 ЗАО «ГЕОСТРОЙ» (191180, г. Санкт-Петербург, Загородный пр., 27/21)
Устройство подземного пространства при реконструкции административного здания
Рассмотрена реконструкция бывшего административного здания начала XIX века в центральной части Санкт-Петербурга в современную гостиницу. До начала разборки реконструируемого здания организован мониторинг окружающих зданий и выполнено усиление их фундаментов методом инъекционного укрепления тела фундамента с использованием инъекции цементного раствора и установки 75 наклонных анкерных свай длиной 25 м и диаметром 200 мм по технологии «Титан». Ограждение котлована выполнялось с использованием металлического шпунта Arselor AZ 37-700 длиной 13,5 м, бурона-бивных свай диаметром 410 мм и длиной 27 м; вдоль существующих стен соседних зданий дополнительно устраивались сваи Jet-grouting на глубину не менее 2 м от подошвы существующих фундаментов. Для устройства свайного основания под каркас здания были использованы 162 буронабивные сваи диаметром 550 мм, длиной 27 м, изготовленные по технологии фирмы Bauer. Приведены схемы конструктивных решений.
Ключевые слова: реконструкция, подземное пространство, усиление фундаментов, ограждение котлована, сваи, осадка, мониторинг.
RA. MANGUSHEV1, Doctor of Sciences (Engineering), Corresponding Member ofRAACS, A.I. OSOKIN2, Candidate of Sciences (Engineering) (a.osokin@geostroy.ru) 1 Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (4, 2nd Krasnoarmeyskaya Street, 190005, St. Petersburg, Russian Federation) 2 ZAO «GEOSTROY» (27/21, Zagorodny Avenue, 191180, St. Petersburg, Russian Federation)
Arrangement of the Underground Space when Reconstructing Administrative Building
The reconstruction of the former administrative building dating back to the early 19-th century in the central part of St. Petersburg into a modern hotel is considered. Before dismantling the building to be reconstructed, the monitoring of surrounding buildings was organized, and strengthening of their foundations was carried out by the method of injection strengthening of the foundation body with the use of cement mortar injection and pitching of 75 inclined anchor piles of 25 m length and 200 mm diameter according to the "Titan" technology. The foundation pit enclosure was made with the use of sheet piles "Arselor" AZ 37-700 of 13.5 m length, cast-in-situ bored piles of 410 mm diameter and 27 m length; additionally, along the walls of existing buildings jet-grouting piles were installed to a depth of not less than 2 m from the base of the existing foundations. For installing the pile foundation under the building's frame, 162 cast-in-situ bored piles of 550 mm diameter and 27 m length produced according to the technology of "Bauer" Co. were used. The schemes of structural conceptions are presented.
Keywords: reconstruction, underground space, foundation strengthening, foundation pit enclosure, piles, settlement, monitoring.
Общие сведения об объекте, его реконструкции и зданиях соседней застройки. Реконструируемая из бывшего административного здания гостиница в центральной части Санкт-Петербурга (угол набережной Фонтанки и Невского проспекта) представляет собой 6-этажное здание в монолитном железобетонном каркасе высотой 24 м и максимальной высотой 27,7 м. Здание во время блокады пострадало от прямого попадания авиационной бомбы.
Под всем зданием гостиницы предусмотрен заглубленный этаж для автостоянки автомобилей и технических помещений размерами в плане 66,9x20,09 м. Фундаментами сооружения служат буронабивные сваи диаметром 410 и 550 мм, изготавливаемые по технологии уплотнения грунта DDS c использованием бурового оборудования фирмы Bauer (RG 25S).
В непосредственном примыкании к строящемуся зданию по наб. Фонтанки находится 4-5-этажное жилое кирпичное здание (д. 40), отнесенное к III категории технического состояния в соответствии с ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге». С другой стороны к площадке строительства гостиницы примыкает здание по Невскому про-
92014 ^^^^^^^^^^^^^
спекту, 70 - «Дом журналиста - Петербургское купеческое общество - Дом И.О. Сухозанета» - памятник истории и архитектуры позднего классицизма, которое представляет собой 3-4-5-этажное административное здание с продольными и поперечными несущими стенами.
Годы строительства 1826-1830, капитальный ремонт произведен в 1946-1950 гг. Фундаменты здания ленточные бутовые или кирпичные на естественном основании с глубиной заложения 1,1 и 1,5 м от поверхности основания. В подвале устроена прижимная плита и прижимная стенка. Стены здания выполнены из полнотелого красного кирпича на известковом растворе. Толщина наружных стен 810 мм, внутренних - 580-640 мм.
В ходе технического обследования здания «Дом журналиста» выявлены многочисленные дефекты и повреждения в несущих конструкциях. Наружные стены характеризуются наличием множества наклонных и вертикальных трещин в межоконных поясах, простенках и перемычках. Развитие трещин носило повсеместный характер, а ширина их раскрытия достигает 15 мм. Имеются сквозные трещины с раскрытием до 6 мм. Согласно СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий
— 1з
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 1. Общий вид реконструированного здания (Санкт-Петербург, Невский пр., 68)
и сооружений» техническое состояние стен было охарактеризовано как ограниченно работоспособное.
По результатам обследования, выполненного ГУ «Центр экспертно-технического сопровождения» в 2010 г., это здание было отнесено к III категории технического состояния в соответствии с ТСН 50-302-2004 с элементами аварийности. Для данной категории зданий предельное ограничение дополнительной осадки 20 мм, дополнительного перекоса 0,001 и дополнительного крена 0,002, допустимое ускорение колебаний фундаментов при реконструкции не должно превышать 0,15 м/с2 (табл. 4.2. ТСН 50-302-2004).
Причинами раскрытия трещин на фасадах и стенах здания, которые существовали до начала строительства, следует считать общий износ, понижение жесткости здания в целом, низкие деформационные характеристики грунтов основания. Грунты этого типа основания предрасположены к тиксотропным изменениям в процессе незначительных динамических воздействий, в частности транспорта, сезонного промерзания и др.
Грунтовые условия площадки. В соответствии с проведенными инженерно-геологическими изысканиями выявлены следующие грунтовые напластования на площадке строительства (рис. 1). В верхней части основания залегают техногенные отложения (tg IV), представленные насыпными антропогенными образованиями. Мощность техногенных отложений до 3,2 м. Ниже расположены озерно-морские от-
ложения (т1 IV), представленные песчаными и пылевато-глинистыми отложениями: пески пылеватые, серые, насыщенные водой, супесь пылеватая пластичная желтая и серая, с прослойками песка и суглинка пылеватого мягкопла-стичного. Общая мощность этих отложений 4,1-9 м. Их подстилают озерно-ледниковые отложения (1д III) в виде суглинков текучих и текучепластичных, ленточных и слоистых и супесей пластичных, пылеватых с прослойками песков. Мощность этих отложений составляет 3,4-10,2 м.
Отметим, что современные озерно-морские отложения (т1 IV) и озерно-ледниковые отложения (1д III) являются тиксотропными грунтами, склонными к переходу в текучее состояние при динамических воздействиях и ухудшению деформационных и прочностных характеристик. Под этими грунтами залегают ледниковые отложения (д III), озерно-ледниковые отложения (1д II), ледниковые отложения (д II), представленные супесями пластичными и песчанистыми с прослойками песка и гравия, а также суглинки полутвердые с включениями гравия и отдельных валунов. Общая мощность этих отложений составляет от 7,8 до 20 м. Коренные отложения в виде протерозойских твердых глин (V ку подсечены на глубинах 34-37 м. Основные физико-механические и прочностные характеристики грунтов основания приведены в таблице.
Уровень подземных безнапорных вод находится на глубинах 1,2-1,6 м от дневной поверхности грунта.
Таким образом, грунтовые условия площадки строительства отвечают основным характерным особенностям напластования грунтов для центральной части Санкт-Петербурга [1].
Особенности производства подготовительных работ. Демонтаж основных несущих конструкций реконструируемого объекта осуществлялся механизированным способом в течение 25 дней в соответствии с проектом производства работ [2-5].
Результаты динамического мониторинга за параметрами колебаний конструкций зданий окружающей застройки (работы выполнялись ООО «Центр геотехнического мониторинга»), показали, что для дома № 70 по Невскому пр. векторное значение ускорений колебаний при ручной разборке составило 0,022-0,158 м/с2, а при механизированной разборке 0,011-0,355 м/с2. При этом допу-
Физико-механические и прочностные характеристики грунтов основания
№ ИГЭ Наименование грунта б, г/см3 e W Ir с, МПа ф, град E, МПа K, м/сут
1 Насыпные грунты R0 = 0,1 МПа 1
2 Заторфованные грунты, насыщенные водой - 0,5 0,06
3 Пески пылеватые с прослойками супесей 1,99 0,55 0,85 - 0,006 31 18 5
4 Суглинки пластичные пылеватые 1,97 0,731 0,26 0,07 0,001 11 7 0,01
5 Суглинки текучие и текучепластичные с прослойками песков 1,85 1,022 0,37 0,13 0,01 5 3 0,01
6 Супеси пластичные тиксотропные 2,07 0,579 0,21 0,07 0,013 14 7,5 0,01
7 Супеси пластичные с гравием и галькой 2,19 0,411 0,15 0,05 0,013 22 16 0,01
8 Супеси пластичные 2,13 0,481 0,18 0,05 0,017 19 9 0,01
9 Суглинки полутвердые 2,12 0,522 0,19 0,08 0,017 19 18 0,001
10 Супеси пластичные 2,04 0,817 0,22 0,07 0,029 23 10 0,01
10а Супеси твердые 2,23 0,324 0,22 0,07 0,058 27 19 0,001
11 Глина твердая 2,14 0,508 0,18 0,12 0,29 15 23 0,001
4
92014
Научно-технический и производственный журнал
скаемые значения для такой категории здания 0,15 м/с2 (ТСН 50-302-2004), т. е. в ряде случаев почти в два раза было превышение допустимых значений.
В связи с высоким износом основных несущих конструкций соседних зданий, попадающих в 30-метровую зону риска (здание по Невскому пр., д. 70 и по наб. Фонтанки, д. 40), после демонтажа оставшихся существующих конструкций реконструируемого объекта было выполнено усиление фундаментов примыкающих стен в соответствии с проектом (проект выполнялся ООО СК «Гидрокор»).
Усиление фундамента в примыкающей к площадке строительства стене выполнено ООО «Геоизол». В состав работ по усилению фундаментов входило инъекционное укрепление тела фундамента при помощи инъекции цементного раствора, а также установка 75 наклонных анкерных свай по технологии «Титан» 73/75 длиной 25 м и диаметром 200 мм с поверхности основания установкой HUTTE HBR 202D. Скважины под анкерные сваи бурились без обсадных труб ударно-вращательным способом с подачей по внутреннему каналу штанги промывочного раствора под давлением (рис. 3). Под фундаментами д. 70 было установлено 35 свай. План установленных свай приведен на рис. 4.
Динамический мониторинг, проводимый в процессе усиления фундаментов, показал (технический отчет об инженерно-геологических изысканиях для проектирования реконструкции административного здания под гостиницу по адресу: г. Санкт-Петербург, Центральный район, наб. р. Фонтанки, д. 40/68, лит. Б. Выполнен ЗАО «ЛенТИСИЗ», СПб, 2011 г. Шифр 226-11), что для дома № 70 по Невскому пр. векторное значение ускорений колебаний при инъецировании цементного раствора под подошву составило 0,110-0,146 м/с2, а при устройстве свай усиления «Титан» - 0,0150,234 м/с2, что также превысило допустимые значения для III категории технического состояния здания 0,15 м/с2 по ТСН 50-302-2004.
На площадке строительства организовано измерение кренов межевых стен д. 70 по Невскому пр. (4 сечения). В трех сечениях были отмечены крены в сторону площадки выше допустимых (ТСН 50-302-2004, табл. 4.2: значения 0,002). Они составили: по сечению № 1 - 0,00056; по сечению № 2 - 0,0053; по сечению № 3 - 0, 0037 и по сечению № 4 - 0,0049.
Причиной этого могли быть изначальные крены стен, а также работы по демонтажу и усилению фундаментов отдельных стен. Влияние ускорения колебаний при этих видах работ могло служить изменению свойств тиксотропных
Рис. 2. Инженерно-геологический разрез основания по площадке строительства
+2.Ш 1-UT0) •L_
tZ4M (-2270) ■^L_
Рис. 3. Схема устройства свай «Титан»
грунтов озерно-морских и озерно-ледниковых отложении и быть причиной дополнительных неравномерных осадок стен, примыкающих к котловану.
Дополнительным обоснованием этого могут быть результаты наблюдений за вертикальными перемещениями осадочных марок, расположенных на межевой стене д. 70 по Невскому пр.
Так, наблюдался подъем всех осадочных марок и их дальнейшее неравномерное оседание. В этот же период наблюдения с использованием щелемеров и маяков показа-
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 4. План расположения свай усиления «Титан» для фундаментов, примыкающих к строительной площадке зданий
ли дополнительное раскрытие существующих трещин в стенах д. 70 по Невскому пр.
Работы нулевого цикла (ограждение котлована, устройство свай и фундаментной плиты). Первоначально для ограждения котлована было предусмотрено использование металлического шпунтового ограждения с глубиной погружения 27 м, а также устройство конструкции «стена в грунте». На стадии выполнения рабочего проекта были выполнены поверочные расчеты (рис. 5), которые позволили уменьшить глубину погружения шпунта из условия безопасности и отказаться от дорогостоящего решения с устройством конструкции «стена в грунте». В дальнейшем ограждение котлована, его раскрепление и разработка, устройство буронабивных свай и фундаментной плиты осуществлялось по проекту ЗАО «Геострой». (Авторский коллектив: Н.К. Войтович, Н.Б. Юдина, Т.Н. Шахтарина, К.В. Дзержинская, Д.О. Карлов.)
Вдоль оси «И» и оси «13» ограждение котлована выполнялось металлическим шпунтом Агве!ог А2 37-700 длиной 13,5 м.
Ограждение котлована со стороны набережной р. Фонтанки и Невского пр. осуществлялось с использованием старого
Рис. 5. Оценка расчетных деформаций зданий примыкающей застройки при численном моделировании откопки котлована
9'2014
6
Научно-технический и производственный журнал
■ПО,. и
Т-о.доо
-1.000 Т
я
фундамента, через который устраивались буронабивные сваи 410 мм длиной 27 м.
Вдоль существующего фундамента с внутренней стороны выполнялись сваи Jet-grouting с шагом 450 мм на глубину не менее 2 м от подошвы существующих фундаментов (рис. 6).
На рис. 7 приведен план расположения шпунтового ограждения, выполненного Jet-grouting, и ограждения из бу-ронабивных свай.
* -
...
Рис. 6. Схема усиления фундаментов по технологии сваи Jet-grouting (а) и работы по разборке участков грунтоцемента для устройства прижимной стенки (б)
Для устройства свайного основания под каркас здания приняты буронабивные сваи диаметром 550 мм, длиной 27 м от дневной поверхности, изготовленные по технологии фирмы Bauer. Всего были изготовлены 162 буронабивные сваи. План расположения свай приведен на рис. 8.
При отрывке котлована для обеспечения устойчивости шпунта устраивались распорки из металлических труб (рис. 9).
При изготовлении свай и устройстве шпунтового ограждения производился геотехнический мониторинг измерения ускорений колебаний. Так, при изготовлении первых 10 свай векторное значение ускорений колебаний составило 0,011-0,038 м/с2 при допустимом значении 0,15 м/с2.
Регулярные геодезические наблюдения за развитием вертикальных деформаций фундаментов зданий, попадающих в 30 м зону риска, показали некоторый подъем осадочных марок связанный, очевидно, с незначительным выпором грунта основания при изготовлении буронабивных свай. Этот подъем осадочных марок д. 70 по Невскому пр.
Рис. 7. План расположения шпунтового ограждения и выполненного Jet-grouting (армирование плиты и бетонирование плиты выполнено ООО «Стройфорт»)
а
Подземное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 8. План свайного поля из буронабивных свай (а) и вид буровой машины при изготовлении свай (б)
не превысил в среднем 3-5 мм и может считаться безопасным для конструкций здания.
В дальнейшем при откопке котлована устройстве плиты и проведении работ по возведению надземной части отмечались незначительные осадки геодезических марок на стенах д. 70. При этом максимально зафиксированная дополнительная вертикальная деформация осадочных марок, расположенных на межевой стене д. 70, не превысила 8 мм. Наибольшая осадка составляла 15 мм.
Отметим, что в процессе всех работ нулевого цикла и начала строительства надземной части величина дополнительных осадок марок установленных на «Доме журналиста» (д. 70) по Невскому пр. не превышала предельно допустимого для данного здания значения - 20 мм. При дальнейшем возведении конструкций надземной части реконструируемого здания некоторые геодезические марки были закрыты или утрачены для дальнейшего мониторинга.
Рис. 9. План (а) и схема (б) устройства распорок при вскрытии котлована; вид котлована (в) при выполнении армирования с распорными конструкциями
92014
8
Научно-технический и производственный журнал
Таким образом, характер развития дополнительных осадок и динамика раскрытия трещин в стенах соседнего здания (д. 70) по Невскому пр. не вызвал опасений при дальнейших строительных работах по реконструкции здания гостиницы. Выводы
Регулярный мониторинг и научно-техническое сопровождение реконструируемого и соседних с ним зданий показали правильность выбранных решений, которые явились
Список литературы
1. Мангушев Р.А., Осокин А.И. Геотехника Санкт-Петербурга. М.: АСВ, 2010. 115 с.
2. Мангушев Р.А., Осокин А.И. Опыт реконструкции шестиэтажного здания с подземным пространством в центральной части Санкт-Петербурга // Сб. трудов международной конференции «Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение». Санкт-Петербург: СПбГАСУ, 2014. Ч. 1. С. 60-71.
3. Осокин А.И., Денисова О.О., Шахтарина Т.Н. Технологическое обеспечение подземного строительства в условиях городской застройки // Жилищное строительство. 2014. № 3. С. 16-21.
4. 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.
5. 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.
наиболее щадящим технологическим решением для зданий окружающей застройки.
При работах нулевого цикла - устройстве буронабивных свай, откопке котлована, бетонировании плиты и начале работ по сооружению надземной части - дополнительные осадки фундаментов соседних зданий, в частности Дома журналиста (д. 70) по Невскому пр. не превысили 20 мм. Такие дополнительные осадки не являлись опасными для соседних сооружений.
References
1. Mangushev R.A. Osokin A.I. Geotekhnika Sankt-Peterburga [Geotekhnika of St. Petersburg]. M.: ASV, 2010. 115 p. (In Russian).
2. Mangushev R.A. Osokin A.I. Experience of reconstruction of the six-storied building with underground space in the central part of St. Petersburg. Ihe Collection of works of the international conference «Modern Geotechnologies in Construction and Their Scientific and Technical Maintenance». St. Petersburg: СПбГАСУ, 2014. P. 1, рр. 60-71. (In Russian).
3. Osokin A.I., Denisova O.O., Shakhtarina T.N. Technology support of underground construction under conditions of urban development. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 3, pp. 16-21. (In Russian).
4. 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).
5. 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). Zhilishchnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 2010. No. 5, рp. 32-34. (In Russian).
M C, l'.A MülLI^UFfe
HI 11 Л. Ml I I' ILII I I 11 I! 4 IE' IJ < К 111
Ii Н11Ж1 iimin I totrviiN'iK kvi mur клипы
для стеоялдипл
_СПЕЦИАЛЬНАЯ ¡ZILJ'PALJÜPA
М.С. Захаров, Р.А. Мангушев
Инженерно-геологические и инженерно-геотехнические изыскания для строительства
Учебное пособие под ред. чл.-корр. РААСН, д-ра техн. наук, профессора Р.А. Мангушева / Захаров М.С., Мангушев Р.А. М.: Изд-во Ассоциация строительных вузов (АСВ), 2014. 175 с.
В книге изложены основы организации инженерных изысканий для строительства и подробно рассмотрены основные методы и технологии проведения инженерно-геологических и геотехнических изысканий, требования к представлению отчетных материалов.
Приведены сведения об основных нормативно-технических документах, регламентирующих процесс инженерных изысканий.
Представлена концепция рассмотрения этих видов изысканий как единого взаимосвязанного комплексного процесса для учета совместной работы грунтовых оснований с подземными и надземными конструкциями сооружений и производства инженерных работ.
Пособие предназначено для студентов строительных факультетов и вузов, обучающихся по бакалаврским и магистерским программам, слушателей институтов повышения квалификации и инженерно-технических работников изыскательских, проектных и строительных организаций, специализирующихся в области инженерной геологии и геотехники.
9'2014 ~ Ь
