Влияние строительства трехуровнего подземного пространства на жилые здания окружающей застройки Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

--------- Ц П ШЦ Ы П Е

СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 624.131

Р.А. МАНГУШЕВ, д-р техн. наук, Н.В. ОШУРКОВ, инженер, Санкт-Петербургский государственный университет; В.Э. ГУТОВСКИЙ, ген. директор ФГУ«Северо-Западная дирекция по строительству, реконструкции и реставрации объектов культурного наследия» (Санкт-Петербург)

Влияние строительства трехуровнего подземного пространства на жилые здания окружающей застройки

Рассмотрены основные конструктивные и технологические аспекты устройства сложного подземного трехуровнего пространства большого объема под второй сценой государственного Мариинского академического театра и проблемы, связанные с этим строительством. Изложены основные мероприятия по прекращению развития опасных деформаций оснований фундаментов жилых зданий, расположенных, вблизи котлована.

Ключевые слова: глубинное закрепление грунта, жесткость, шпунтовое ограждение, буронабивная свая.

В июне 2002 г. Правительством РФ принято решение о строительстве в Санкт-Петербурге второй сцены Государственного Мариинского академического театра (ГАМТ), которую предполагалось разместить на участке площадью 12000 м2 между Крюковым каналом, улицами Союза Печатников, Декабристов и Минским переулком (рис. 1).

Техническое задание на проектирование предполагало расположение под всем зданием театра сложного развитого трехуровнего подземного пространства размером 150x80 м и глубиной 12 м, в котором размещались бы подземная парковка, механизмы сцены, репетиционные залы, артистические уборные и технические помещения.

Рис. 1. Ситуационный план размещения второй сцены Мариинского театра (площадка строительства заштрихована)

Строительно-монтажные работы по сооружению подземной части театра, начатые весной 2007 г., включали погружение вибрированием шпунта AU Arcelor 18 длиной 21 м по периметру котлована и устройство с дневной поверхности постоянных и временных буронабивных свай. Постоянные сваи диаметром 800-1200 мм выполнялись под будущую нижнюю железобетонную плиту сооружения.

Эти работы в целом были выполнены до осени 2007 г., однако проведение масштабных строительных работ привело к расструктуриванию тиксотропных супесей и суглинков верхней части основания и к развитию осадок зданий окружающей застройки. В процессе этих работ здания по Минскому переулку и улице Союза Печатников получили осадки до 35 мм, а в их несущих конструкциях раскрылись трещины (рис. 2).

Для проверки обоснованности первоначальных проектных решений по устройству ограждения котлована в его центральной части был сооружен экспериментальный котлован 44,35x12,85 м с проектной глубиной 12,5 м, выполненный с тремя ярусами распорок. Наблюдения за его деформациями показали, что принятое в первоначальном проекте ограждение котлована только с использованием шпунта с многоярусной системой распорок оказалось недостаточно жестким (Исследования на опытном котловане выполнены ЗАО «НПО Геореконструкция-Фундаментпро-ект» при согласовании и поддержке заказчика - СевероЗападной дирекции по строительству, реконструкции и реставрации объектов культурного наследия).

Результаты эксперимента на опытном котловане послужили основанием для принятия решения по закреплению массива слабых грунтов методом струйной технологии Jet-grouting по периметру шпунтового ограждения в зоне действия его возможных максимальных горизонтальных перемещений - на глубинах 11,5-14 м от дневной отметки (рис. 3).

При этом проектная прочность материала диафрагмы из закрепленного грунта на одноосное сжатие принималась не менее 1 МПа, а модуль упругости - не менее 400 МПа. Эти работы были проведены ООО НПО «Космос» в период с октября 2007 г. по май 2008 г.

Рис. 2. Трещины в стенах дворового фасада д. 3 по ул. Союза Печатников

Несмотря на проведенные мероприятия по глубинному закреплению грунтов, дополнительные расчеты с учетом результатов эксперимента на опытном котловане показали реальную возможность развития дальнейших ненормативных осадок зданий окружающей застройки. При этом наибольшую опасность представляли прогнозируемые деформации оснований домов по Минскому переулку, уже получивших, как показали материалы дополнительного обследования, трещины в несущих конструкциях. В связи с этим до конца июня 2008 г. были приостановлены основные работы по разработке котлована.

На основании решения специально созданного научно-технического совета под руководством вице-губернатора Санкт-Петербурга д-ра эконом. наук А.И. Вахмистрова и

Рис. 4. Разработка грунта под железобетонной плитой ниже отм. -5 м

первого вице-президента РААСН д-ра техн. наук, академика В.А. Ильичева и с учетом уже выполненных работ нулевого цикла была принята новая концепция по увеличению жесткости ограждения котлована и его дальнейшей поэтапной разработки.

Предложенная концепция устройства подземной части второй сцены ГАМТ включала в себя выполнение дополнительной ограждающей вертикальной диафрагмы из секущихся грунтоцементных свай с внешней стороны существующего шпунтового ограждения. Сваи изготавливались методом Jet-

grouting на глубину 18 м, и получившаяся таким образом грун-тоцементная вертикальная диафрагма усиливалась металлическими двутаврами № 40, установленными с шагом 1 м.

В дальнейшем грунтоцементная вертикальная диафрагма и шпунт поверху были объединены железобетонной балкой шириной 2,3 м и высотой 1,15 м.

Поэтапная разработка котлована предполагала использование технологии TOP-DOWN, при которой распор ограждения котлована осуществляется железобетонными плитами на отметках -4,41 м и -11,1 м (верх плит), возводимыми по мере разработки грунта.

Плита на отметке -4,41 м толщиной 400 мм опиралась на временные буронабивные сваи длиной 29 м, диаметром 600 мм, устроенные внутри котлована по сетке с шагом 6x6 м. Грунт разрабатывался под этой плитой малыми экскаваторами и выбирался с помощью транспортеров через заранее оставленные технологические отверстия (рис. 4). Эти работы выполнялись ЗАО «Ленметрострой» и ЗАО «Космос».

С целью обеспечения дополнительной жесткости ограждения котлована на отметке -8,11 м были выполнены обвязочные балки и участки поперечных стен.

Плита на отметке -11,1 м имеет толщину 1200 мм и ее основанием служит горизонтальная грунтоцементная диафрагма, выполненная ранее. Арматура и головы постоянных свай введены в тело железобетонной плиты.

На рис. 5 представлена принципиальная схема разработки подземного пространства второй сцены ГАМТ на одном из технологических этапов. Проект подземной части по

Рис. 5. Конструктивная схема разработки подземного пространства: 1 — вертикальная и горизонтальные грунтоцементные диафрагмы; 2 — временные буронабивные сваи; 3 — постоянные буронабивные сваи; 4 — железобетонная плита днища; 5 — железобетонные перекрытия; 6 — шпунтовое ограждение

с

■у

Рис. 6. Расчетные схемы подземного сооружения и зданий окружающей застройки: а — плоская; б — пространственная

-----мшпшццдь

СТРОИТЕЛЬСТВО

Рис. 7. Инструментальное определение измененных свойств грунтов методом статического зондирования с использованием установки RIG 204 D (а) и пример осредненных графиков qcи fc для площадки № 2 (б)

вновь принятой концепции осуществлялся новым генеральным проектировщиком ОАО «КБ ВИПС» и ЗАО «Ленметро-гипротранс».

Вскрытие грунта до нижней проектной отметки котлована позволило обнажить кровлю грунта, закрепленного по технологии Jet-grouting, и произвести многократный отбор образцов из горизонтальной и вертикальных грунтоцемент-ных диафрагм. Полевые и лабораторные исследования этих конструкций позволили убедиться в том, что все параметры по прочности и сплошности грунтоцементного материала в большинстве случаев оказались выше проектных значений.

При производстве всех видов указанных работ ОАО «КБ ВИПС» и ЗАО «Бэскит» производился регулярный мониторинг основных конструкций подземного сооружения, а также зданий и сооружений окружающей застройки. Анализ данных мониторинга позволил на всех этапах строительства проводить научно-техническое сопровождение строительства подземной части и вырабатывать обоснованные рекомендации по безопасному ведению работ. Научно-техническое сопровождение осуществлялось НПК Центр геотехнологий СПбГАСУ.

Особую озабоченность при проектировании и строительстве вызывали прогнозируемые ненормативные осадки зданий, расположенных вблизи котлована. Окружающая застройка представляет собой жилые здания начала ХХ в. этажностью 4-7 этажей с продольными и поперечными несущими стенами.

В расчетном обосновании проекта и при научно-техническом сопровождении геотехническая ситуация моделировалась с применением программ, реализующих метод конечных элементов, в плоской и пространственной версиях (рис. 6).

Для снижения строительных рисков были проведены многовариантные расчеты для каждой стадии разработки котлована с оценкой деформаций и устойчивости грунтов и конструкций.

Наряду с традиционными методами оценки физико-механических характеристик грунтов по результатам изыска-

ний, выполненных до строительства, были изучены и использованы в расчетах измененные характеристики грунтов под влиянием строительства.

Оценка измененных прочностных и деформационных характеристик грунтов производилась методом статического зондирования на трех площадках в нескольких десятках точек с использованием передвижной шведской установки статического зондирования (рис. 7).

Результаты исследования характеристик грунтов показали, что по сравнению с их значениями до начала строи-

Рис. 8. Работы по бурению компенсационных скважин одного из домов по Минскому пер.

VI Ñ О

Л

-

i ■ ?

ш .0. х о

Ф ТЗ =1 2 О щ

-8 1

ь 1

1 á

О ®

Ф ь сг

в н

§ s

S =■

ф тз

га •< 5

S H

X » .

о m

^С г\ 1

5 о

о

о сг

X ъ ф

В ф ____

тз в H ■а о тз -< -1 §

ф 2 ш

тз в

s о J= s ■<

H s о X тз ф X X

^ s X сг

-1 ф ф

тз -1

-< о

X 2

H о ш ш ^ о ъ ^ сг H тз ф X s ai

о ^ о 0\ -G

о в s

ш ф s

в St ъ

X ф

ф ь h

s ср сг

0\ 5

ф ч

со ~

О в

=1 и

в x

о

§ ?

о ^

о ^

ь

в

J=

9 X

о

о о

=] Е

NJ VJ

Ф

тз ш g

I -

Г OV

-1 Е

в ь

тз s в

i 3

m "С

8

^ в

§ £ ф

Ь 1

в е

ь

Ç 1

ф »

i' ° Е ш

ф

^ X

ф о 2 s

g S i1 О

® í X тз

CD В 1 й О g

2

S §

X X

тз о

в ф

о "

О m

t *

I "

Ь s

в CD

£ О ш со Ь в

□О Ш

ф

о о в ь

о ^

£

в h о о

X Ï 2 Î

о тз

в ^

тз ф

ь ^

§

0)

-1

§

в

о

^ - - о

ф тз н

X s в §

-8- ^ § в о

CD О о

ш ъ

в ь

сг

0\ тз

ю о о

CD

тз в о

H

ш о тз в

X

в <

о\

В CD ш Ï

=1 тз о в

S го

Ф О s в

ю о о

CD О

OV CD

Е н

^ 9

в 2

~ф ф

тз î

в ts

СО JD

тз

в тз

0\ в

о о

^ 5 ш

ООО XX*

Ф J= тз * Ф Е

Б - 5

о

X ^ ^

в

в

* я

О 3

=1 тз

CD В

X со

о га

11

о а

т о

в S

* £ со О

JD

ш га

=£ X

В Ï

ш В

ТЗ CD

в „

X О

ф g

® s

ш о\

сг тз

а О

J= ь

CD со

Ш Ф

о о в ь

^ ГО -о

SOX

со H

о г1 ®

2 -С В

2 Ф ^

■ s

CD ТЗ

со О

S s

ф CD

Й И

О "О

s ф

сг H

й сг

О CD

тз в о

H

ш о тз в : =1 о

ъ ^

о ь о Е

ш

-<

а

X

ь

в

2 ф

X

H

о ш

a s

0 га

ra i

» ф

1 о i,

о ь

о s

■2 2

ь о

£ о

0

1 Т]

H CD

О со

? ^

в »

.в V,

2 X

в о X

-О *

аз ш

ь

Ф ш

ф X

о в

J=

Ä ф

g x

ш тз

в в

га Я* a g

s =1

0 о

g в

® -ё

1 в

СО о\

ь о

В H

X ^

s ф -,

=1 тз

о ^

■2 =1

ь о

В ь

s о

s< í!

га g

ТЗ S

В 2

ф ф

о ^

О о

ф 3

ш

X

w H

2 "О

Ь s

о ь

га cd

В X

CD ф

s s

я s

О X

g °

ГО -I

о

ь о

ф g*

1 я

s ?

3 о

'S, га о\ ш

ь s

5 5

а о

о ä

о ^

О X

тз ■<

-< H

^ г

ф

о

s I

St 00 л О

è 2

■3 "S

ф

^ s

J= Е

в ь

H О

ф =1

о о

тз н

в

fs

О m gi

ф

3 -2

11 5 о. Ф 2. г со

¡I

в ь о

=1

° g

о ^ ш в

■Ь со

н Е

ф ф

X о

i " X »

8 I

со X

s 5

X =1

S тз

0\ ь

s

*

в

St

Е s

x

° J

Ь 1

s з

5 га

» тз

-1 ф

-Я 2

^ cd

g i

s I

о- S X ra

0 »

il ra V

ф s

1 =

i "ö

^ о p -

ç ф

г "

о »

8 ш

S Ф

ф тз

Ci)

тз ф % О

J= тз ф ф

2 со 11

Е 5

x ф

Осадка, S, мм

S X

Ш о О Ф