Защита зданий вблизи глубоких котлованов и коммуникационных коллекторов геотехническими отсечными экранами

ЗАЩИТА ЗДАНИЙ ВБЛИЗИ ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ И КОММУНИКАЦИОННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ ГЕОТЕХНИЧЕСКИМИ ОТСЕЧНЫМИ ЭКРАНАМИ

GEOTECHNICAL CUT-OFF WALLS FOR BUILDINGS PROTECTION NEAR DEEP EXCAVATIONS AND SERVICE

TUNNELS

H.C. Никифорова, Д.А. Внуков N.S. Nikiforova, D.A. Vnukov

ГОУ ВПО МГСУ, ОАО «НИЦ «Строительство» институт НИИОСП им. Н.М. Герсеванова

Приводятся результаты численных и натурных исследований деформаций грунтового массива при устройстве геотехнических экранов между подземными выработками и существующей застройкой при строительстве московских объектов.

The paper presents the numerical and field data of soil deformations at the cut-off walls erection between underground excavations and existing buildings at Moscow construction sites.

Геотехнический отсечной экран - это сплошная или прерывистая конструкция, которая устраивается в грунтах, из различных материалов и по различным технологиям. Он позволяет отделить или ограничить область грунтового массива, в котором возникают изменения напряженно-деформированного состояния от строительства новых заглубленных или подземных сооружений, от области грунтового массива, вмещающего конструкции фундаментов существующих зданий и сооружений, включая подземные коммуникации.

Основной целью проводимых авторами исследований является установление закономерностей деформирования оснований фундаментов зданий, расположенных в зоне влияния глубоких котлованов и подземных выработок при устройстве геотехнических отсечных экранов и разработка рекомендаций по их эффективному применению.

5/2011 ВЕСТНИК

_МГСУ

Геотехнические отсечные экраны могут отличаться по типу конструкций (сплошные стенки и с разрывами, например из «стены в грунте», железобетонных свай, стальных труб) и способу их устройства (из буровых свай, в том числе буросе-кущихся, бурокасательных, бурозавинчиваемых и грунтоцементных).

Исследования проводятся для следующих типов инженерно-геологических условий, характерных для города Москвы, предложенных Н.С. Никифоровой [1]:

• I тип - насыпь подстилается песками от мелких до гравелистых, средней плотности и плотными (ф=25-39 град, с=0-4 кПа, Е=23-47 МПа).

• II тип - насыпь подстилается суглинками и глинами с консистенцией не ниже полутвердой (ф=14-25 град, с=10-40 кПа, Е=18-40 МПа).

• III тип - насыпь подстилается рыхлыми мелкими и пылеватыми песками (ф=18-20 град, с=10-40 кПа, Е=11-12 МПа), а также суглинками и глинами от мягкопластичной до текучей консистенции (ф=6-19 град, с=11-30 кПа, Е=2-12 МПа).

Натурные наблюдения за деформациями оснований зданий вблизи котлованов при применении в качестве защитных мероприятий геотехнических отсечных экранов проводились при строительстве следующих московских объектов (см. табл. 1).

Таблица 1

Наименование объекта Тип грунтовых условий Адрес защищаемого здания Тип защитных мероприятий

3-е транспортное кольцо в Лефортово III Танковый пр., д.6 (школа №8) 1.Отсечной экран из бурона-бивных свай. 2.Буроинъекционные сваи усиления фундаментов.

3-е транспортное кольцо в Лефортово I Госпитальный пер., д.8 1.Отсечной экран из ]е1-свай. 2. ]е1-сваи усиления фундаментов.

ул. Арбат, Д.24 III ул. Арбат, д.26 (театр им. Вахтангова) Отсечной экран из металлических труб.

Страстной бульвар, дом 9 II Страстной бульвар, д. 7, стр.1 Отсечной экран из бурокасательных свай из металлических труб, заполненных бетоном

С помощью программы Р1ах18 2Б у8.6 на основе использования упругопластиче-ской модели грунта Мора-Кулона численным методом было проведено исследование влияния глубины устройства геотехнического отсечного экрана и его жесткости на деформации оснований фундаментов здания по адресу: г. Москва, Страстной б-р, д.7, стр.1 при устройстве котлована глубиной Нк=12 м в грунтовых условиях II типа (рис. 1, 2).

Как следует из графиков (рис. 1, 2), применение отсечных экранов различной глубины устройства и изгибной жесткости не снижает деформации защищаемого здания при устройстве котлована глубиной 12 м на расстоянии 0,5НК в инженерно-геологических условиях II типа.

. j

в

X

!••• 1

Рис. 1. Расчетные деформации здания по адресу: г. Москва, Страстной бульвар, д. 7, стр.1 с геотехническими отсечными экранами различной длины

1 - глубина устройства отсечного экрана Ьэ=1,2Нк

2 - глубина устройства отсечного экрана Ьэ=1,5Нк

Рис. 2. Расчетные деформации здания по адресу: г. Москва, Страстной бульвар, д. 7, стр.1 с геотехническими отсечными экранами различной изгибной жесткости

1 - экран из буровых свай 0 250 мм

2 - экран из буровых свай 0 600 мм

Натурные наблюдения за деформациями здания театра им. Е. Вахтангова по адресу: ул. Арбат, д. 26 при строительстве подземной части нового торгово-делового комплекса по адресу: ул. Арбат, д.24, 26/2/3, стр.1 также показали неэффективную работу вертикального геотехнического отсечного экрана из металлических труб, заполненных бетоном. Максимальная осадка фундаментов составила 40,0 мм, что в 4 раза больше прогнозируемой величины 12 мм. При этом в период устройства геотехнического отсечного экрана в грунтовых условиях III типа возникли значительные дополнительные осадки фундаментов административного корпуса театра, которые достигли 20,0 мм.

Полученные нами результаты подтверждаются исследованиями Старшинова A.A. и др. [4] при строительстве жилого дома с подземной автостоянкой по адресу: г. Москва, Ермолаевский пер., вл. 15/44.

При строительстве тоннельно-эстакадного участка 3-го транспортного кольца в районе Лефортово города Москвы применение геотехнического экрана из буросеку-щихся свай диаметром 650 мм в грунтовых условиях III типа не снизило осадки защищаемого здания по адресу: Танковый проезд, д.6 до нормативной величины. Максимальная измеренная осадка здания в период строительства тоннеля глубиной 12 м со-

5/2011_М| ВЕСТНИК

ставила - 45 мм, что в 5,5 раз превысило прогнозируемую величину - 8,0 мм, которая не учитывала величину «технологической осадки».

Устройство геотехнического экрана в комбинации с усилением фундаментов сохраняемого здания грунтоцементных сваями в грунтовых I типа позволило в 2 раза снизить величину осадки здания по адресу: г. Москва, Госпитальный пер., д.8 при строительстве тоннеля 3-го транспортного кольца в районе Лефортово в открытом котловане глубиной 12 м (с прогнозируемой осадки 15 мм до измеренной 7 мм).

Авторами на основе численного метода были проведены исследования деформаций фундаментов здания при изменении угла наклона к вертикали геотехнического отсечного экрана при устройстве котлована глубиной 12 м. В расчетах принималось расстояние от здания до котлована 1,5НК.

Было установлено, что изменение угла наклона к вертикали геотехнического отсечного экрана в диапазоне от 15 до 30 град. позволяет снизить расчетные осадки здания на 20-90% от устройства глубокого котлована.

Эффективность применения наклонного геотехнического экрана для защиты от дополнительных деформаций оснований фундаментов существующего здания подтверждается исследованиями В.Я. Шишкина и др. на объекте строительства многофункционально комплекса по адресу: г. Москва, Оружейный пер, вл. 41-45 [5].

Авторами были разработаны рекомендации по выбору геотехнических отсечных экранов для защиты зданий от дополнительных деформаций при строительстве коммуникационных коллекторов методом щитовой проходки с открытым забоем [2]. На их основе РААСН была составлена таблица 7.2 (Руководство по комплексному освоению подземного пространства крупных городов, 2004 [3]) по применению отсечных экранов из бурозавинчиваемых свай.

Величины технологических осадок зданий при устройстве геотехнических экранов, приведенные на рис. 3, в среднем не превышают 10 мм.

Рис. 3. Измеренные осадки оснований фундаментов зданий от устройства защитных мероприятий и прокладки коммуникационных тоннелей.

Выводы

1. Применение вертикальных геотехнических отсечных экранов не снижает осадки фундаментов зданий в зоне влияния глубоких котлованов до нормативной величины в грунтовых условиях 1-111 типа, характерных для города Москвы.

2. Изменение угла наклона к вертикали геотехнического отсечного экрана в диапазоне от 15 до 30 град. позволяет снизить прогнозируемые осадки здания на 20-90% от устройства глубокого котлована.

3. Определена область эффективного применения вертикальных отсечных экранов при прокладке коммуникационных коллекторов щитовым способом.

4. Установлена величина технологических осадок зданий от устройства геотехнических отсечных экранов в зависимости от их конструкций, технологии устройства и инженерно-геологических условий.

Литература

1. Никифорова Н.С., Автореф.....докт. дисс. «Закономерности деформирования оснований

зданий вблизи глубоких котлованов и защитные мероприятия». М., 2008 г.

2. Никифорова Н.С., Внуков Д.А. Применение различных видов отсечных экранов для защиты существующих зданий при прокладке вблизи них подземных коммуникаций.// Тр. между -нар. геотех. конф. посвященной году России в Казахстане. Алматы, Казахстан. 2004. с. 338-342.

3. Руководство по комплексному освоению подземного пространства крупных городов. Российская академия архитектуры и строительных наук.- М., 2004.-206 с.

4. Старшинов А.А., Фурсов А.А., Кузнецов А.Д. Опыт разработки системы мониторинга на основе прогноза влияния подземного строительства на окружающую застройку в условиях г. Москвы. // Тр. междунар. конф. «Геотехника. Оценка состояния оснований и сооружений». Том II.- С.-Пб., 13-16 июня 2001.- с.191-197.

5. Шишкин В.Я., Погорелов А.Е., Макеев В.А. Усиление существующей застройки при строительстве здания с котлованом 18-20 м // Жилищное строительство. 2011. №1. с. 32-38.

References

1. Nikiforova, N S, Author's abstract. ,.thesis...Dr. Sc. "Deformation laws of building basements and foundations near deep trenches and mitigation measures". M., 2008.

2. Nikiforova, N S, Vnukov, D A. The use of cat-off walls of different types as a protection measure for existing buildings at the nearby underground pipelines installation.// Proc. of Int. Geotech. Conf. dedicated to the Year of Russia in Kazakhstan. Almaty, Kazakhstan, 2004. pp 338-342.

3. Manual on the integrated underground development in metropolises. Russian Academy of Architecture and Construction Sciences (RAASN). M., 2004.- p. 206.

4. Starshynov A.A., Fursov A.A., Kuznetzov A.D. Experience of the monitoring system development on the base of a prediction of the underground construction influence on the existing building in Moscow. // Proc. of Int. Geotech. Conf. Volume II.- S.-Pb., 13-16 June 2001.- pp.191-197.

5. Shyshkin V. Ya., Pogorelov A.E., Makeev V.A. Reinforcement of the existing buildings at the construction of a building with the trench of 18-20 m.// Housing Construction. 2011. №1. pp. 32-38.

Ключевые слова: геотехнический отсечной экран, котлован, окружающая застройка, тип грунтовых условий, деформации здания, технологическая осадка, усиление фундаментов, численный метод

Key words: geotechnical cut-off walls, trench, existing building, soil types, building deformations, technological settlement, foundations reinforcement, numerical method.

E-mail авторов: lab2@bk.ru

Рецензент: Зехниев Ф.Ф., к.т.н., доцент, зам. генерального директора ООО «Геотехническое бюро»