А. Сбитнев, Т. Шахтарина
ЗОНА ПОВЫШЕННЫХ РИСКОВ
БЕЗОПАСНЫЕ МЕТОДЫ ВЕДЕНИЯ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ РАБОТ
В ИСТОРИЧЕСКОЙ ЗАСТРОЙКЕ
В наши дни активное освоение лакун в ранее сложившихся городских массивах происходит на фоне заметного ужесточения охранных требований и регламентов по высотности. Ситуация заставляет инвесторов, застройщиков и проектировщиков искать максимально эффективные способы использования подобных «пятен». По мере развития рынка геотехнических работ все более актуальным из такого рода решений признается использование подземного пространства с устройством заглубленных этажей под размещение комплексов инженерного оборудования, вспомогательных и рабочих зон, автомобильных парковок и т. д.
Допускаем, что большинство читателей имеет определенное представление о «сложностях» питерских грунтов, Тем не менее, стоит напомнить о некоторых особенностях инженерно-геологических условий, которые характерны именно для центральной части города. Имеется в виду наличие большой толщи слабых водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов, которые отличаются особенностью переходить в плывунное состояние (обладают тиксотропными свойствами). Происходит это при малейших вибрационно-динамических воздействиях от работы техники, а также под влиянием гидравлического градиента при откопке котлованов. Наличие в составе грунтов пылеватых частиц, залегающих в уровне исторического фундирования, создает условия для появления и развития процесса механической суффозии. Перечисленные характеристики влияют на риски по обеспечению сохранности соседних объектов в ходе котлованных и геотехнических работ, связанных с устройством буронабивных свай и ограждений, а также при техногенных авариях инженерных сетей, особенно теплосетей и горячего водоснабжения. По городскому центру уровень подземных вод фиксируется на глубинах 1,0-2,3 м, причем в период нагонных явлений и весеннего снеготаяния он поднимается до поверхности. Таково краткое описание исходных условий для геотехнического строительства, которое лишний раз убеждает, насколько непросто в наших условиях принимать уже само решение о подземном строительстве.
Сегодня в запале конкурентного соперничества иные подрядные компании громко, при этом не всегда обоснованно декларируют свою приверженность к использованию на нулевом цикле исключительно безопасных и безосадочных методов. Как результат, серьезная проблема при обращении к подобным услугам может возникнуть и у города, и у конкретных инвесторов. В Петербурге, к сожалению, не раз случалось, когда застройщикам приходилось не только фиксировать деформации примыкающих к площадке зданий, но и нести существенные затраты по их ремонту либо же устранению условий аварийности, возникших при строительстве.
Ссылаясь на немалый практический опыт, как наш собственный, так и коллег-конкурентов, уверены: абсолютно безопасных методов выполнения геотехнических работ не бывает. Это означает, что уже на начальном этапе разработки проекта должны быть проанализированы инженерно-геологические условия и строительные особенности площадки, а также собраны исчерпывающие данные по техническому состоянию окружающих построек. От полноты и качества исходной информации, необходимой для стадии геотехнических расчетов и определения технологии строительства, зависит достоверность оценки по возможным факторам риска. Тем самым, достигается возможность минимизировать или вообще исключить их влияние еще в процессе корректировки архитектурно-планировочных и инженерно-конструктивных решений рабочего проекта. При необходимости подрядной компании надлежит выполнить также и опытные работы в объеме, позволяющем оценить реальное воздействие от геотехнологий, намечаемых к использованию.
 |
 |
 |
Устройство буронабивных свай диаметром 620 мм по технологии фирмы Bauer (Германия) |
Ведение работ по усилению фундаментов на площадке строительства офисного центра на Невском пр. |
Вид котлована с опалубкой для бетонирования перекрытия |
Состав требуемых прогностических и поверочных расчетов по оценке устойчивости и возможного влияния на соседние строения определяется в рамках нормативных документов, прописывающих порядок проектирования новых объектов в зонах сложившейся застройки. Согласно действующим ТСН, зона влияния принимается, как правило, в радиусе 30 м от строящегося объекта, и до начала строительства каждый проект обязан пройти экспертизу по соблюдению основных норм. По всем объектам, которые ЗАО «Геострой» получает в работу, силами специализированной расчетной группы готовятся геотехнические обоснования на основе численного моделирования с использованием программных комплексов PLAXIS 2D и 3D, Технософт, WALL-3. Состав необходимых расчетов подбирается в зависимости от поставленной инженерной задачи, а их точность будет зависеть от параметров грунтов, полученных при проведении инженерно-геологических изысканий физико-меаханических свойств.
Здесь также не все просто. Характеристики грунтов могут быть определены по данным лабораторных испытаний проб, отобранных на площадке строительства, материалам статического зондирования CPT, а также таблицам СП и ТСН. Соответственно, возможен некоторый разброс результатов, которые, между тем, чрезвычайно важны, поскольку закладываются в условия техрегламентов по устройству ограждающей конструкции котлована, назначению стадий откопки и способа крепления его стенок. Именно поэтому у нас такие расчетные операции выполняют геотехники со специальной ВУЗовской подготовкой, умеющие подобрать их правильный алгоритм, на основе которого моделируется реальное поведение грунтового массива.
Еще одной из составляющих безопасного режима работы и минимального воздействия на соседние здания при реализации проектов внутриквартальной застройки в границах исторического центра является применение специального свайного оборудования. В качестве примеров современных буровых машин, которые все шире используются на городских стройплощадках, можно привести марки Bauer, SoilMec, Fundex, Junttan, Atlas, Cazagrande и пр. В свою очередь, сами технологии изготовления буронабивных свай целесообразно подразделить на традиционные и инновационные. К первой группе относятся такие, которые для крепления стенок скважин при устройстве данных конструкций предполагают использование бентонита – глинистого раствора (в последней интерпретации – воды с добавками). Другой вариант осуществления такой операции возможен «под защитой обсадной трубы» или же как его развитие – в процессе бурения с использованием двойного вращателя (Double Rotary). В числе современных технологий стоит, в первую очередь, назвать устройство свай методом уплотнения. Скважина в этом случае образуется за счет вращательного погружения в грунт рабочего органа, оснащенного на нижнем конце раскатывающим наконечником (раскатчиком) – DDS. В аналогичном качестве также может использоваться полая труба с оставляемым винтовым наконечником – Fundex, Junttan, Atlas. В среде профессионалов популярность этой технологии за последние годы ощутимо возросла. Главная причина состоит в том, что метод уплотнения практически исключает с площадки работу со шламом, чем обеспечиваются более комфортные условия труда и повышение уровня строительной культуры.
При решении вопросов по оборудованию и технологиям для устройства ограждения котлованов присутствует не менее достойный выбор. В конечном итоге он определяется рядом конкретных условий – всегда важно учесть решаемые проектом задачи, технологические возможности подрядчика, степень стесненности зоны строительства. В нашей практике в качестве конструкций, ограждающих котлован, применяются: касательные и секущиеся буронабивные сваи с инъекционной шпонкой; металлические шпунты, погружаемые вдавливанием или вибропогружением безрезонансным вибратором; устройство «стены в грунте» грейферным способом. Для обеспечения устойчивости стенок используются расстрелы, распорки, грунтовые анкера и подпорки. Заметим, что наряду с этим, в последнее время в подземное строительство Петербурга все активнее внедряется технология разработки котлована методом top-down или semi top-down.
Устройство фундаментов под офисный центр на Невском проспекте может послужить практической иллюстрацией для многого, сказанного выше. Строительство осуществлялось на месте разобранного здания, причем здесь предполагалось устройство подземного этажа с максимальной глубиной откопки котлована 5,7 м. К тому же, как свидетельствовали отчеты ГП «Эксперт», все прилегающие к стройке здания пребывали в аварийном состоянии, требуя усиления конструкций фундаментов, стен, оконных проемов. Эта часть мероприятий осуществлялась по специальному проекту, в разработке которого, кроме нас, принимало участие ООО «Граст», причем все их удалось реализовать до начала свайных работ. Бригадами отдельного субподрядчика – ООО «Стройтранс‑13» –велась ручная разборка смежной стены в зоне возможного риска от строительных воздействий. Отметим, что, по данным наблюдений за «поведением» соседних домов, отмечалась их незначительная технологическая осадка (3-7 мм) в процессе устройства буроинъекционных свай. В дальнейшем было произведено устройство буронабивных свай ø620 и 880 мм с глубиной бурения 32 м, выполнены: погружение металлического шпунта методом вдавливания и непосредственно котлован. Его откопка до проектных отметок осуществлялась креплением шпунтового ограждения как с помощью расстрелов в угловых частях, так и с анкеровкой на сваи.
Площадка оказалась, в целом, характерной для объектов данного типа, однако в истории описываемого строительства имелась своя специфика. Связана она с тем, что фундаменты здания проектировались специалистами из иностранной компании, которая до этого не работала в нашем городе. Изначально разработчики намеревались применить здесь сваи ø1200 мм и глубиной 45 м. Как и следовало предположить, при таких запредельных параметрах риски разрушения соседних зданий возросли в разы. Уже после наших расчетов появилось предложение ограничить диаметры стволов 620 мм для нагрузок 3000 кН, и 880 мм для нагрузок 4500 кН, а длину канала бурения – 32 м. Параметры несущей способности конструкций были подтверждены на опытных образцах, испытанных статической нагрузкой. Именно это решение позволило в ходе нулевого цикла избежать негативных технологических воздействий на прилегающие объекты.
Для подземного строительства и производства фундаментных работ участки исторической застройки всегда будут оставаться зоной повышенных рисков, ответственности и требований по безопасности. Принимая это как непреложную истину, в ЗАО «Геострой» привыкли рассматривать каждый такой объект через своего рода «призму» оптимизации собственных решений. Над этими вопросами, в частности, работает проектно-конструкторский отдел в главе с Н. К. Войтовичем, а к работе подразделения постоянно подключаются наши ведущие эксперты – главный геотехник в статусе заместителя гендиректора, к. т. н., доц. С. В. Татаринов, Почетный строитель России, директор по производству М. В. Лебедев.
Проведенный анализ практической деятельности ЗАО «Геострой» позволяет на сегодня следующую последовательность работ:
1. Уточнение технического состояния зданий, находящихся в зоне возможного влияния и инженерно-геологических условий площадки;
2. Выбор «щадящих» технологий на этапе предпроектных разработок и стадии «Проект»;
3. Принятие решений о необходимости превентивного усиления строительных конструкций, фундаментов и/или закрепления грунтов основания на основании анализа состояния соседних зданий, результатам расчетов и опытных работ на площадке;
4. Организация регулярного мониторинга;
5. Практическая реализация комплекса строительных задач на основе принятого к реализации способа подземных работ.
Еще в 1990 г., на заре эпохи активного освоения подземного пространства, проф. С. Н. Сот‑ ников написал: «…Строительство в окружении существующей застройки должно требовать значительно больших затрат, чем строительство отдельно стоящих зданий. Поэтому тот, кто желает строить и занимать площадь в центре города, должен нести относительно большие затраты. При всей очевидности этого принципа лица и организации, ответственные за инвестиции, весьма неохотно идут на удорожание строительства. Проектные организации понуждают искать паллиативные меры, которые по замыслу заказчика должны обеспечить решение задачи на базе существующей (обычно несовершенной и устаревшей) техники и при обычных удельных затратах. Рассчитывать на успех при таком подходе к делу – значит рассчитывать на чудо».