Проблемы выбора технологии при строительстве подземных и заглубленных сооружений

ПРОБЛЕМЫ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОДЗЕМНЫХ И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ

Е.А. Серова, Д.Ю. Чунюк

МГСУ

Как показывает практика проблема выбора необходимой и приемлемой для конкретных условий строительства технологии является одной из самых значимых в процессе строительства сооружений. Данная проблема оказывает непосредственное влияние на возможность возникновения аварийной ситуации, которые в настоящее время никак не удается снизить. Например, при планировании МЧС следующего года «количество чрезвычайных ситуаций, обусловленных обрушением зданий и сооружений, прогнозируется выше показателей 2008 года (8-10 ЧС)».

На данном этапе развития строительной отрасли и оценки строительных рисков мы, казалось бы, научились учитывать множество влияющих факторов и обходить множество «острых углов». Но кардинальных улучшений не наблюдается. Так при строительстве подземных и заглубленных сооружений количество аварий из-за ошибок при производстве работ и неправильно подобранной технологии производства остается неизменным на протяжении последних 10 лет. Например, такие известные случаи, как при реконструкции гостиницы «Невский Палас» в Санкт-Петербурге, когда в результате реконструкции осадки соседних сооружений измерялись дециметрами. Или при строительстве элитного жилого здания на Малой Дворянской улице Санкт-Петербурга, результатом которого стало аварийное деформирование соседнего здания (дом № 6 получил осадки, превысившие в зоне примыкания 11 см). В Москве при строительстве многофункционального комплекса с 3-х уровневой подземной автостоянкой на Цветном бульваре (вл.2), произошло обрушение ограждения котлована, по причине подвижки грунта в силу суффозионных явлений и снижением жесткости распорной системы на площадке строительства.

Представленный на рынке строительных услуг выбор технологий применяемых при строительстве подземных и заглубленных сооружений весьма обширный. Все представленные технологии можно разделить на три составляющие:

• технологии для крепления стен котлованов;

• технологический способ возведения подземных сооружений (открытый, закрытый, полузакрытый);

• усиление оснований и фундаментов существующих зданий.

Из всего разнообразия представленных технологий выбрать оптимальную для конкретного случая строительства достаточно сложно. Необходимо представить полную картину строительства сооружения, выявить все возможные влияющие факторы и оценить их значимость для строительного процесса.

Зачастую строительным и инвестиционным компаниям не хватает времени и знаний для осуществления описанных выше действий, и решение о применяемой технологии принимается второпях, основываясь лишь на экономической выгоде и простоте применения.

Исследование данного вопроса показало, что сейчас существуют несколько методов, направляющих внимание инвесторов и строителей на необходимость применения

более сложных технологий. Эти методы описаны в работах В.М. Улицкого и А.Г. Шаш-кина [9], где предлагается определить геотехнические категории сложности объекта нового строительства или реконструкции. Для этого учитывают:

• категорию ответственности строящегося здания (сооружения) или категорию технического состояния объекта реконструкции;

• категорию технического состояния застройки, окружающей объект строительства или реконструкции;

• категорию риска для существующей застройки, обусловленного влиянием нового строительства или реконструкции.

В московских территориальных нормах было предложено ввести классификацию геотехнической категории объекта (МГСН [3]). Для ее определения выделяются следующие аспекты:

• уровень ответственности сооружения;

• инженерно-геологические условия;

• наличие структурно-неустойчивых грунтов и опасных геологических процессов;

• устройство котлованов подземных и заглубленных сооружений в условиях плотной городской застройки.

Все эти категории необходимы участникам строительного процесса, для того чтобы не забывать о сложности ситуации строительства и действиях по уменьшению вероятности возникновения аварийных ситуаций при строительстве сооружений.

Но необходим аппарат для применения данных методик в процессе выбора вариантов технологических решений, чтобы от предварительной оценки сложности ситуации строительства перейти к рекомендуемым технологиям.

Для этого необходимо выделить факторы, влияющие в процессе выбора технологии на окончательное решение. Авторами, на данном этапе, предлагается выделить следующие основные составляющие:

• конструктивная (класс ответственности зданий и сооружений по СНиП 2.01.0785);

• геологическая и гидрогеологическая (категории сложности инженерно-геологических условий);

• технологическая (уровень сложности применяемой технологии);

• экологическая (уровень влияния на окружающую среду);

• попадание окружающей застройки в зону влияния строящегося сооружения, стесненность площадки строительства.

Так же определим основные технологии производства строительных работ применяемые при возведении подземных и заглубленных сооружений:

1. Технологии для крепления стен котлованов

• буровые сваи;

• буросекущиеся сваи;

• монолитная стена в грунте;

• металлический шпунт с деревянной забиркой;

• шпунт «Ларсена»;

• струйная цементация (¡й-сваи).

2. Технологический способ возведения подземных сооружений

• открытый способ строительства;

• закрытый способ строительства up-down ;

• полузакрытый способ строительства top & down;

3. Усиление оснований и фундаментов существующих зданий:

• метод цементации оснований и фундаментов;

• метод химического закрепления грунтов;

• метод электрохимического закрепления грунтов;

• метод термического закрепления грунтов;

• микродур;

• технология j et-grouting. Возможные аварии:

• Потеря устойчивости ограждения котлована;

• Подтопление котлована, за счет фильтрации воды через некачественно выполненные противофильтрационные завесы;

• Сверхнормативные деформации строящегося здания, за счет неправильно определенного типа фундамента, а что чаще, за счет неправильно подготовленного основания, неправильно определенных свойств грунта.

• Сверхнормативные деформации зданий окружающей застройки, вызванные неправильными мероприятиями по реконструкции этих зданий или вследствие неправильного определения зоны влияния от возводимого здания.

Проведенный анализ влияния выделенных факторов на выбор технологии производства работ можно представить в виде таблицы 1.

Таблица 1

Условия для применения технологий производства работ при строительстве подземных и заглубленных сооружений.

№ Технология Условия строительства сооружения

поз. производс т- Класс ответственности Категория сложности Уро- Уро- Попада-

ва работ зданий и сооружений инженерно - вень вень ние

(по СНиП 2.01.07-85) геологических условий слож- влия- окруж.

ности ния на застройки

прим. окруж. в зону

техно- среду влияния

логии сооруже-

ния

1 Технологии для крепления стен котлованов

1.1 Буровые не влияет, для 1 и 2 не влияет, но технология сред- сред- 1*

сваи классов ответственн о- усложняется при нал ичии ний ний

сти необходимо пр о- песчаных грунтов, огр а-

вести расчеты совмес т- ничение применения -

ной работы сооруж е- высокий уровень гру н-

ний и основания товых вод

1.2 Буросеку- не влияет, для 1 и 2 не влияет, но технология сред- сред- 1*

щиеся сваи классов ответственн о- усложняется при нал ичии ний ний

сти необходимо пр о- песчаных грунтов, огр а-

вести расчеты совмес т- ничение применения -

ной работы сооруж е- высокий уровень гру н-

ний и основания товых вод (возможны

дополнительные мер о-

приятия, например -

применение специальн о-

го бетона)

Продолжение таблицы 1.

1.3 Монолитная стена в грунте не влияет, для 1 и 2 классов ответстве нности необходимо провести расчеты совмес т-ной работы сооружений и основания не влияет, но технология усло ж- няется при нал ичии песчаных грунтов, часто используется при высоком уровне грунто вых вод, используя дополнительные мероприятия, например - применение специальн ого бетона, защитных экранов) средний средний 1*

1.4 Металлический шпунт с деревянной забиркой ограничение примен ения-глубина котлов ана (до 10-15 м), для 1 и 2 классов отве т- ственности необходимо провести расчеты совмес т-ной работы сооруж ений и основания не влияет, но технология усло ж-няется при наличии глинистых грунтов, ограничение примен е-ния -высокий уровень гру нтовых вод низкий низкий 1*

1.5 Шпунт «Ларсена» ограничение при менения-глубина котлов ана (до 10 -15 м), для 1 и 2 классов отве т- ственности необходимо провести расчеты совмес т-ной работы сооруж ений и основания не влияет, но технология усло ж-няется при нал ичии глинистых грунтов, часто используется при высоком уровне грунт овых вод средний низкий 1*

1.6 Струйная цементация (]е1-сваи) не влияет, для 1 и 2 классов ответстве нности необходимо провести расчеты совмес т-ной работы сооружений и основания слабое грунтовое основ ание (например обводненные песч а-ные гру нты) высокий высо кий 1*

2 Технологический способ возведения подземных сооружений

2.1 Открытый способ строительс т-ва не влияет не влияет низкий не влия ет 1*

2.2 Закрытый способ строительс т-ва up-down не влияет, чаще пр именяется для объектов 1 класса отве т-ственности не влияет высокий не влия ет 2* 3*

2.3 Полузакрытый способ строительс т-ва top & down не влияет, чаще пр именяется для объектов 1 класса отве т-ственности не влияет высокий не влия ет 2* 3*

3 Усиление оснований и фундаментов существующих зданий

3.1 Метод цементации оснований и фундаментов не влияет слабое грунтовое основание, трещиноватые скальные пор оды, низкая несущая спосо б-ность фундамента существу ю-щего сооружения высокий высо кий 2*

3.2 Метод химического закре пления грунтов не влияет слабое грунтовое осно вание, низкая несущая способность фундамента сущ ествующего сооружения высокий высо кий 2*

3.3 Метод элек-трохимиче-ского закре п-ления грунтов не влияет слабое грунтовое основ ание, низкая несущая способность фундамента существующего сооружения высокий высо кий 2*

3.4 Метод термического закрепления грунтов не влияет слабое грунтовое основ ание-глинистые, пылеватые и ил истые грунты (коэф. фильтрации от 10 -2 до 10-8 м/сут.), залегающие ниже уровня грунтовых вод высокий высо кий 2*

Продолжение таблицы 1.

3.5 Микродур не влияет слабое грунтовое основ ание (например обводне нные песч а-ные гру нты), низкая несущая способность фундамента сущ е-ствующего соор ужения высокий высокий 2*

3.6 Технология jet-grouting не влияет слабое грунтовое основ ание, трещиноватые скал ьные пор оды, низкая несущая спосо б-ность фундамента существу ю-щего сооружения высокий высокий 2*

*Примечание:

1* - При попадании окружающей застройки в зону влияния строящегося сооружения необходимо провести расчеты совместной работы сооружений и основания;

2* - Окружающая застройка попадает в зону влияния строящегося сооружения;

3* - стесненные условия строительства

Представленный в таблице 1 анализ влияния условий строительства сооружений на выбор технологии производства работ, позволяет учитывать основные условия строительства необходимые для полного понимания ситуации строительства, а так же обосновывать и подкреплять фактами, выбор технологии для каждого конкретного случая возведения сооружения. И при этом, рассматривать все основные, представленные на рынке строительных услуг, конкурентоспособные варианты технологии и делать окончательный выбор способа возведения подземных и заглубленных сооружений. Все вышеперечисленные методы направлены на снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций.

Литература:

1. СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений»// С.-Пб., 2004.

2. МГСН 2.07-01 (ТСН 50-304-2001) Основания, фундаменты и подземные сооружения. // М., 2003.

3. Пособие к МГСН 2.07-01 Обследование и мониторинг при строительстве и реконструкции зданий и подземных сооружений. // М., 2004.

4. ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге // С.-Пб., 2004.

5. Организационно-технологический регламент строительства (реконструкции) объектов в стесненных условиях существующей городской застройки. (предназначен для территории г.Москвы). // М., 2002.

6. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В. и др. «Механика грунтов, основания и фундаменты»,// М., 2007.

7. Улицкий В.М., Шашкин А.Г. «Геотехническое сопровождение реконструкции городов» (обследование, расчеты, ведение работ, мониторинг).// Москва. Изд-во АСВ, 1999 г.

8. Чунюк Д.Ю. «Обеспечение безопасности и снижение рисков в геотехническом строительстве» // Вестник МГСУ №2 2008г. М., МГСУ

9. Мельчаков А.П. «Расчет и оценка риска аварии и безопасного ресурса строительных объектов» // Челябинск, Издательство ЮУрГУ, 2006 г.

Рецензент: Директор Института энергетического, водохозяйственного и природоохранного строительства (ИЭВПС), зав. кафедрой «Подземных сооружений и гидротехнических работ», профессор, доктор технических наук М.Г. Зерцалов