CC BY
29
УДК 624.159.14
ВОПРОСЫ ПОДЗЕМНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА «С ПОВЕРХНОСТИ» В КРУПНЫХ ГОРОДАХ
Т.М. Байтасов
Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева, г. Астана
Мунда улкен крлалардыц жер астындагы цурылыс меселелерi кврсетыген. Санау жэне жердщ астындагы к^рылыстыц технологиясы жазылган. 1стеген жумыстардыц нетиже.'врг кврсетЬтген.
Представлен анализ состояния вопросов подземного строительства «с поверхности» в крупных городах. Описаны вопросы расчета и техно.погии строительства подземных и заглубленных сооружений, а также представлены результаты проведенных исследований по этим вопросам
There are several problems of the underground construction in the cities. This article presents the questions of calculate and technology of construction of the underground objects in that way the results of the research by this problem!.
Во всех крупнейших городах мира в последние десятилетия активно развивается процесс освоения подземного пространства для размещения объектов различного назначения. К ним можно отнести подземные автостоянки, транспортные и инженерные коммуникации, торговые центры и т.д. Проводить строительные работы такого направления в сложившейся городской инфрастуктуре с транспортными артериями, промышленными и 1ражданскими объектами, сложными подземными коммуникациями весьма сложная задача.
Обратимся к имеющимся классификациям объектов подземного строительства по различным критериям.
Подземные и заглубленные сооружения классифицируют по следующим признакам:
- по функциональному назначению;
- по глубине заложения и расположению;
- по способу строительства.
По функциональному назначению, наиболее распространенными видами подземных и заглубленных сооружений являются: крупные торговые центры, различные хранилища и склады, подземные гаражи, промышленные объекты, подземные транспортные развязки, пешеходные и коммуникационные тоннели и т.д.
По глубине заложения, подземные и заглубленные сооружения делят на мелкие (до 10 метров) и глубокие (свыше 10 метров) . По условиям же расположения, подземные и заглубленные объекты могут быть запроектированы как на незастроенной территории, так и в комплексе с наземными зданиями, в сочегании с подземными инженерными и транспортными сооружениями.
Способы строительства разделяются на две группы: подземные и возведение сооружений с поверхности. Подземные способы строительства используются главным образом при проходке тоннелей на глубинах более 10 метров, а способы строительства с поверхности включают в себя, помимо традиционного - возведения сооружений в открытых котлова-нах, метод «опускного колодца» и метод «стена в грунте» .
Известными специфическими проблемами при усгройстве фундаментов в открытом когловане является обеспечение устойчивости откосов котлована и защита его от подземных вод.
Применение метода «опускного колодца», заключающегося, вкратце, в погружении под собственным весом или под пригрузкой железобетонной оболочки сооружения, имеет определенные ограничения в реализации и недостатки.
Наиболее прогрессивным методом строительства подземных и заглубленных сооружений является способ, условно именуемый «стена в грунте».
Область применения этого способа весьма широка и заключается в том, что ограждающие конструкции подземных и заглубленных сооружений «устраиваются» в узкой выработке (траншее) по контуру сооружения (в ряде случаев вместо траншей с последующим бетонированием используют секущиеся сваи) (рисунок 1). Затем под защитой уже возведенных стен удаляется грунт из внутреннего объема, устраивается днище, перекрытия и другие внутренние конструкции.
Способ «стена в 1рунте» рекомендуется применять при проектировании подземных сооружений, подземных этажей зданий 1ражданского и промышленного назначения, транспортных сооружений (подземные транспортные развязки, пешеходные и коммуникационные тоннели),
водозаборных и насосных станций и других инженерных объектов различного назначения [1, 2, 3].
Достоинство этого способа наиболее ярко проявляется при строительстве в условиях плотной городской застройки ввиду отсутствия ведения работ за пределами контура возводимого подземного сооружения и возможности устраивать стены любой конфигурации в плане. К основному недостатку же можно отнести необходимость бетонирования под защитой глинистого раствора, не обеспечивающего высокое качество бетона и полной водонепроницаемости [3].
По назначению стены в грунте разделяют на три типа: несущие, ограждающие и прошвофильтрационные. Наиболее массовое применение этого способа представлено противофильтрационными завесами, загем этот способ стал превалировать в строительстве подземных и заглубленных сооружений различного назначения. К числу наиболее ярких из них следует отнести в России противофильтрационная завеса на Ингу-лецком ГОКе в Кривом Роге глубиной 12-24 метра и длиной 3200 метров; трехэтажная подземная часть здания в Москве со стоянкой на 440 автомобилей глубиной 9 метров. За рубежом: во Франции, в исторической части Парижа под двором Национальной Ассамблеи, фирмой «Со-летанш» был сооружен подземный пятиэтажный гараж-стоянка, «стена в грунте» имела глубину 48 метров при глубине гаража 18 метров. Там
3
а - из соединяющихся траншей; б из непрерывных траншей с секционным заполнением; в - из соприкасающихся свай; г -из пересекающихся свай; д - устраиваемые в траншеях из пересекающихся скважин (2)
Рис. 1. Виды «с гены в грунте»
же, в Париже, вблизи отеля «Бояжон» было сооружено подземное здание под центральную телефонную станцию, «стена в грунте» имела глубину 25 мегров. Особенно интенсивно осваивается подземное пространство в городах Японии с использованием способа «стена в грунте».
Стены проектируются монолитными или сборными из железобетонных элементов заводского изготовления (укладываются в траншеях), а также устраиваются из секущихся буронабивных свай. Сооружения, возводимые способом «сгена в грунте», могут иметь в плане практически любую форму в зависимости от назначения сооружения, а глубина ограничивается возможностью используемых машин и механизмов, технологическими требованиями и инженерно-геологическими условиями.
Такие вопросы встают перед проектировщиками при расчетах сооружений такого типа, которые вытекают из назначения и вида самого сооружения. Так, если сооружение является отдельным подземным объектом (подземный паркинг и т.п.), то задача проектировщика заключается в том, чтобы обеспечить нормальную эксплуатацию и не допустить негативного влияния во время строительства и эксплуатации подземного сооружения на близлежащие строения. В случае же, когда сооружение, устроенное рассматриваемым способом «стена в грунте», выполняет функцию подземной части какого-либо здания, его следует отнести к категории заглубленных сооружений и подходить к расчету на основе глубокого анализа взаимодействия основания с заглубленным сооружением. Одними из предпосылок для проведения анализа являются следующие моменты, вытекающие из самого принципа способа «стена в грунте».
Во-первых, после завершения устройства заглубленной части (бетонирование днища, перекрытий и др.) мы имеем глубоко заглубленную подземную конструкцию с подошвой в виде развитой по площади плитой (плитный фундамент).
Во-вторых, если обратиться к разрезу заглубленного сооружения, устроенного способом «стена в грунте», замегим, что днище сооружения устроено выше отметки низа стены в грунте - это требование технологического процесса (Рисунок 2).
Исходя из этого, возникают несколько вопросов, требующих тщательного анализа:
каким образом учитывать влияние заглубления и больших размеров подошвы заглубленного сооружения при расчете по первому и второму предельным состояниям;
- каково в;шяние на осадку сооружения, разницы в проектных оплетках днища и «стены в грунте».
Для изучения этих вопросов был построен стенд с размерами 1100x1000x200 (мм) со стенками из толстого оргстекла. На основе критериев подобия смоделировали грунты основания и подземную часгь здания («стсны в грунте» и днище), линейный масштаб моделирования находился в пределах 1/40.
По результатам исследований получены следующие семейства (рафиков (Рисунок 3):
- зависимости осадки при постоянной глубине от ширины зависимости осадки при постоянной ширине от глубины
- эти же зависимости, но при различных превышениях отметок днища над низом стены.
Как ви,що из полученных графических зависимостей, налицо тенденция к снижению величины осадок заглубленного сооружения с увеличением глубины, ширины и величины превышения отметок днища над низом стены.
» 6 I г
> * 1 Г
1 1
Рис. 2. Этапы устройства сооружения способом «стена в грунте»
1 I 2 1
в ф^^АЧЧЧ^ - -{
Рис. 3. Графики зависимостей осадки по результатам модельных исследований
Полученные результаты, сами по себе, не являются неожиданностью. Многочисленными исследованиями, установлено, что увеличение ширины подошвы фундамента и его глубины заложения «улучшают» работу основания и снижают величину осадки [5]. Но вместе с тем, если мы будем рассчитывать осадку заглубленного сооружения, устроенного способом «стена в грунте», столкнемся со следующими противоречиями. Так в формуле СНиП 2.02.01-83, которая рекомендована для расчета осадок фундаментом с шириной (диаметром) подошвы более 10 метров:
с РЫ<С $ к, -*,-!
т I
учитывается полное давление р под подошвой. То есть не принимается в учет историческое (бытовое) давления. Так, согласно СНиП 2.02.01 83, для оснований, рассчитываемых с применением расчетной схемы основания в виде линейно-деформируемого полупространства, влияние заглубления фундамента на его осадку учитывается путем вычитания из среднего давления, действующего по подошве фундамента, величины давления на той же глубине от собственного веса 1рунта (так называемого природного давления). При этом глубина заложения фундамента определяется от отметки поверхности природного рельефа. Таким образом, исходят из предпосылки, что при давлениях, меньших природного, грунт дополнительно не уплотняется, поскольку это уплотнение уже имело место при формировании грунтовой толщи. Исходя из изложенного, расчет осадки ведут только на величину дополнительного вертикального (избыточного, уплотняющего) давления р0 - р- .
А при использовании формулы (1) гипотеза о том, что при давлениях, меньших природного, |рунт дополнительно не уплотняется, не применяется. Возможно, это оправдано при неглубоком заложении фундаментов большой площади, но объем извлекаемого грунта при устройстве подземных (заглубленных) сооружений весьма велик. И неучет веса вынутого грунта при устройстве заглубленного сооружения является ошибочным.
Полученные зависимости показывают, что при увеличении заглубления снижение величины осадки сооружения - налицо. Вместе с тем, по результатам опытов установлено, что при увеличении разницы в отметках днища и низа стен в грунте также наблюдается снижение осадки сооружения.
Этот процесс объясняется тем, что в общей осадке фундамента (начальная осадка здесь не рассматривается) в зависимости от его площади и нагрузки в одних случаях решающую роль играет составляющая осадки за счет уплотнения (первая фаза деформации), а в других — за счет поперечных смещений частиц грунта (вторая фаза деформации). При р = const увеличение ширины фундамента приводит к увеличению влияния на осадку уплотнения грунта и уменьшению влияния сдвиговых деформаций. То же происходит при увеличении глубины рассматриваемого слоя от подошвы фундамента.
А в случае устройства заглубленной часги сооружения способом «стена в грунте», когда днище располагается выше низа «стен в грунте» влияние на процесс осадки поперечных смещений частиц грунта - снижается, условимся называть этот случай «эффектом обоймы».
Заключение
Проведенный теоретический анализ и лабораторные исследования на моделях заглубленного сооружения, устроенного способом «стена в грунте», показали:
- увеличение глубины и ширины подземного (заглубленного) сооружения приводит к значительному снижению величин осадок;
- так называемый «эффект обоймы» в еще более значительной степени снижает величины осадок;
- при расчете осадок, когда здание имеет развитую заглубленную часть, устроенную способом «стена в грунте», необходимо учитывать вес извлекаемого грунта и расчет проводить на величину дополнительного, а не полного давления под подошвой.
ЛИТЕРАТУРА
1. М.И. Горбунов-Посадов. В. А. Ильичев, В.И. Крутое и др. Основания, фундаменты и подземные сооружения / Под обш. ред. Е.А. Сорочана и .Г.Трофименкова-М.: Стройиздат, 1985.
2. Ивахнюк В. А. Строительство и проектирование подземных и заглубленных сооружений.- М.: АСВ, 1999.- 298 с.
3 .ДрановскийА.Н., Фадеев А. Б. Подземные сооружения в промышленном и 1раж-дннском строительстве. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1993.
4. Голъдштейн М.Н., Кушнер С. Г. Расчеты осадок и прочности основании зданий и сооружений.- Киев, 1977 - 208 с.
5. Горбунов-Посадов М.И., Маликова Т. А. Расчет конструкций на упругом основании. М.: Стройиздат, 1984. 679 с.
