Опыт устройства котлованов при возведении зданий и сооружений в стесненных условиях города Москвы

ОПЫТ УСТРОЙСТВА КОТЛОВАНОВ ПРИ ВОЗВЕДЕНИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В СТЕСНЕННЫХ УСЛОВИЯХ

ГОРОДА МОСКВЫ

EXPERIENCE OF THE DEVICE OF FOUNDATION PITS AT ERECTION OF BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS IN THE CONSTRAINED CONDITIONS OF THE CITY OF MOSCOW

B.A. Ильичев, B.B. Знаменский, Е.Б. Морозов

V.A. Ilyichev, V.V. Znamenskiy, E.B. Morozov

PAACH, МГСУ

В статье описывается опыт устройства котлованов в стесненных условиях города Москве, приведены статистические данные по котлованам.

The article describes an experience of the device of foundation pits in the constrained conditions of the city of Moscow is described. The article presents some statistical data on foundation pits.

Несмотря на кажущуюся простоту, котлован является сложным инженерным сооружением. Отрывка котлована оказывает существенное влияние на напряженно-деформированное состояние вмещающего подземную часть сооружения грунтового массива, гидрогеологическую ситуацию на территории строительства, на состояние близлежащих зданий, сооружений и коммуникаций. Кроме того, приходится учитывать требования по уровню шума при устройстве котлованов на густонаселенной территории, что требует разработки специальных машин и механизмов с низким уровнем шумового и динамического воздействия, а также специальных технологий выполнения строительных работ.

Наряду с этим устройство котлованов в большинстве случаев требует выполнения целого ряда дополнительных работ: перекладки коммуникаций, устройства дренажных систем, водопонижения, водоотлива, а при разработке котлованов и траншей в непосредственной близости и ниже уровня заложения примыкающих сооружений во многих случаях необходима разработка специальных мероприятий против развития дополнительных осадок и деформации этих сооружений. К таким мероприятиям относится устройство специальных геотехнических экранов между котлованом и существующим сооружением, пересадка соседних зданий на сваи, укрепление их оснований, фундаментов и др. Необходимость проведения защитных мероприятий устанавливается специальным геотехническим расчетом, позволяющим определить дополнительные вызванные новым строительством деформации зданий, сооружений и коммуникаций, расположенных в непосредственной близости от котлована.

Предполагается, что учет всех этих требований, рекомендаций и условий, изложенных в различных нормативных документах и Постановлениях Правительства Мо-

4/2010 М1 ВЕСТНИК

сквы, позволяет устроить котлован с минимальными затратами и последствиями для окружающей застройки и обеспечить в нем безопасное и безаварийное ведение работ.

Экспертиза проектной документации по «нулевому циклу» строительства зданий и сооружений в г. Москве, проводимая в течение ряда лет Городской экспертно-консультативной комиссией по основаниям, фундаментам и подземным сооружениям (ГЭКК ОФиПС) при Правительстве Москвы, а также результаты работы Комиссии по обследованию ограждающих устройств котлованов при Департаменте городского строительства города Москвы позволили проанализировать ситуацию с положением дел в этом виде строительных работ.

Ситуация следующая. Сначала немного статистики.

За последние 4 года ГЭКК ОФиПС рассмотрела 450 проектов (стадия П) «нулевого цикла» строительства различных зданий и сооружений, включающих раздел «проект котлована». Котлованы различались по глубине, методам обеспечения устойчивости их бортов, параметрам поддерживающих конструкций.

По полученным данным, приведенным на диаграмме на рис. 1, наибольшее число котлованов имело глубину от 5,0 до 10,0 м - 51.56 %, далее шли котлованы глубиной от 10,0 до 15,0 м - 23,11%, глубиной от 15,0 до 20,0 м - 6,89% и глубиной 20,0 м - менее 5,0%. Котлованы глубиной менее 5,0 м составляли около 14,0 %.

«п 60.00

50.00

-10.00

ло.оо

Щ00

10,00

0,00 -

Рис. 1. Глубина проектируемых котлованов (2006-2009 гг.).

Отмечена следующая показанная на рис. 2 тенденция в изменении глубины котлованов: число котлованов глубиной от 5,0 до 10,0 м оставалась приблизительно одинаковым (отмечен спад в 2008 г. до 43,59%), неуклонно снижалось число котлованов глубиной от 15,0 до 20,0 м, а число котлованов глубиной более 20,0 м в 2009 г. составило 0,0%.

В качестве ограждающих конструкций котлованов чаще всего применялись ограждения из труб различного диаметра и с различным шагом их погружения - 46,67%, несколько меньше - «стена в грунте» - 37,33% (рис. 3). В общей сложности эти конструкции составили 84,0%. Конструкции ограждений из буровых свай, выполненных по различным технологиям, составили 9,78%. Меньше всего для ограждения котлованов использовались металлические двутавры (1,56%) и гидротехнический шпунт - шпунт Ларсена (менее одного процента). Котлованы с естественными откосами применялись в 3,78% случаев.

60%

io%

411%

30%

20%

10%

iO.fJ.

(>l 5» И"

Ot Н>мда

15м

Men« 5w О! 15м до 20m

S.WVp

I) 4%

6JC

5,1

2,7"»

fiuiicc

20«

;CV0bi-

JOOlr-

100*'

l),t1%__

21KWV.

Рис. 2. Изменение глубин проектируемых котлованов (2006-2009 гг.). н 46.67° <>

ГШ

»"Cima в ipj Hit"  ОгражденнйШ труС вБуронабнвныесвап мШтнтЛарсена м Ограждения irj двутавров и Естественный откос

в 1.?б°с. у ^да

?0,00 40,00 30,00 20,00 10,00 -0,00

Рис. 3. Типы ограждения котлованов

Ограждения из труб чаще всего применялась у котлованов глубиной до 10,0 м, а «стена в грунте» при глубинах котлованов от 10,0 до 20,0 м и более (рис. 4).

Выбор типа ограждения зависел от глубины котлована, уровня подземных вод и конструктивной схемы заглубленной части сооружения (включено или не включено ограждение в конструкцию подземной части здания), а толщина ограждения и глубина его заделки в грунт ниже дна котлована определялась статическим расчетом, в частности по программе WALL-3. При высоком уровне подземных вод во многих случаях глубина погружения ограждения в грунт ниже дна котлована определялась из условия заделки нижней его части в «водоупор» для образования замкнутого контура в обводненных грунтах. Учитывалась и технология возведения подземного пространства, например методом «сверху-вниз».

а)

г)

в)

' и

'' г.и I 1Г|'' НК

> и с т; \ 'Ч) — л г:  !. : с. Г I

«Шпунт

^ 1 ГI

ИМИ ЧК1ТЫ

Рис. 4. Типы ограждений котлованов глубиной: а) - менее 5 м; б) - от 5 до 10 м; в) - от 10 до 15 м; г) - от 15 до 20 м; д) - более 20 м.

Толщины «стен в грунте» изменялись от 40 до 100 см. Наиболее часто толщина «стены в грунте» составляла 60,0 см - 72,62%, затем 80,0 см - 23,21%. «Стены в грунте» большей толщины (90 и 100 см) применялись только при глубинах котлованов более 15,0 м, в общей сложности они составили порядка 3,6%. Еще реже применялись «стены в грунте» толщиной 40,0 см - 0,6% (рис. 5).

Т(тщиа4Ш мм То.ИЩТО! вГН'1 №1 Ь-ТоппплыКОЩРЧ  ГоЛщ|Щи№ми

" ТиЧИИТ!!.! 1 П'ШММ

Рис. 5. Толщина «стены в грунте»

В рассмотренных ГЭКК ОФнПС проектах применялись следующие типы креплений ограждающих конструкций котлована: подкосы, распорки, анкеры, диски перекрытий при возведении подземной части сооружения методом «сверху-вниз».

Чаще всего для крепления ограждающих конструкций котлованов использовались распорки - 38,11% и подкосы - 27,94% или комбинация подкосов с раскосами. Анкеры использовались в 15,7% случаев. Метод «сверху-вниз» применялся в 7,85% случаев. В 10,39% случаев при глубине котлованов до 5,0 м использовался консольный вариант ограждения котлована (рис. 6).

Рис. 6. Типы креплений ограждающих конструкций котлованов

Подкосы и распорки выполнялись из труб различного диаметра и чаще всего применялись в котлованах глубиной от 5,0 до 10,0 м, а анкеры - при глубинах котлована от 5,0 до 15,0 м. Технология «сверху-вниз» использовалась в 32,35% случаев при глубинах котлованов от 15,0 до 20,0 м и более, и в 20,59% случаев при глубинах котлованов от 10 до 15 м (рис. 7).

Число ярусов распорной системы в рассмотренных проектах составляло от 1-го яруса до 4-х. Чаще всего использовалась одноярусная распорная система - 58,8%, затем 2-х ярусная - 30,28% и т.д. по убывающей (рис. 8).

Число ярусов грунтовых анкеров составляло от одного яруса до семи. Чаще всего анкеры устанавливались в 2 яруса - 41,18%, затем в 1 - 23,53% и 3 яруса - 17,65%. При глубинах котлованов более 15,0 м анкеры устанавливались в 6 и 7 ярусов (рис. 9). Общее число котлованов с анкерами - 68 из них с анкерами, выполненными по технологии РИТ - 22.

Приведенные данные показывают, что наиболее частыми в строительной практике г. Москвы являются котлованы глубиной от 10,0 до 15,0 м с ограждением типа «стена в грунте» толщиной от 60 до 80 см в сборном или монолитном варианте или из металлических труб диаметром 377 или 426 мм, установленных с шагом от 0,5 до 1,0 м, с двумя ярусами раскосно-подкосного крепления.

Большая часть котлованов расположена в ЦАО г. Москвы - 43,11%, затем идут в примерно одинаковом процентном отношении CAO, ЮЗАО и ЗАО - 9,56-10,89%, затем в СВАО, ЮВАО и ЮАО - 3,56-4,0 %. Отдельно расположился ЗлАО (Зеленоград) - 1,56% (рис. 10). Таким образом, несмотря на заявленное ограничение строительства в центре Москвы, наибольшее количество новостроек именно там, а это в подавляющем большинстве точечная застройка.

а)

Г)

2-41.184

и 3- 1й 'б",,

б)

Д)

35.00 30.0(1

шов 1?.оо

**,оо о.оо

1 и 5*32,35%

а)

Рис. 7. Применение типов крепления ограждения котлованов: подкосы; б) - распорки; в) - грунтовые анкеры; г) - технология «сверху-вниз»

и

и 1 «1>у<

МЗ яруса в4ир><П

0.00

Рис. 8. Число ярусов распорной системы.

4^ .00 40.00 35.00 зо.оо 25.00 20.00 15,00 10.00 5.00 0.00

1-11.13%

I 23.53'

В 1 ярус

и 2 яруса  3 ярусе »4 яруся и 5 ярусон влрусов

в"? Ярусов

Рис. 9. Число ярусов грунтовых анкеров

ttVtl "f.'Ali *СШЮ »НЛО -ЫВЛ'.> "Юли ЯЩЗАО - (Ai> »CTACl "Ivttl

Рис. 10. Разработка котлованов по административным округам г. Москвы

За время работы Комиссии по обследованию ограждающих устройств котлованов при Департаменте городского строительства города Москвы (далее просто Комиссии), в состав которой вошли представители Департамента городского строительства города Москвы, Москомархитектуры, Объединенияе административно-технических инспекций города Москвы (ОАТИ), Мосгосстройнадзора, ФГУП ФЛЦ «Мосстройлицензия», ОАО «Мостройсертификация» ГЭКК ОФиПС, НИИОСП им. Н.М.Герсеванова, ГУП «НИИМосстрой», ГУП «Мосгоргеотрест», ГУП «УРСТ», проверен 241 котлован. По результатам проверки состояние 130 (54%) котлованов оценено как «удовлетворительное», 111 (46%) котлованов - как «неудовлетворительное».

Наибольшее число замечаний, общее количество которых составило 3048, связано с отсутствием тех или иных документов (работы ведутся без ордеров ОАТИ, не представлены лицензии заказчика, генподрядных и субподрядных организаций, удостоверения о повышении квалификации, разрешения и сертификаты соответствия на проводимые СМР, сертификаты соответствия на металлические трубы ограждения котлована и распорной системы, акты на скрытые работы, неправильное ведение журналов авторского надзора и т.п.) - 34,8%, по вопросам ограждения котлована (складирование материалов вблизи бровки котлована, превышение крутизны откосов пионерных котлованов, отсутствие забирки или замена горизонтальной забирки на вертикальную, частичное отсутствие распределительных поясов и элементов распорной системы, некачественные сварные соединения, многочисленные отступления от проектных решений, не ведется мониторинг окружающей застройки, ограждения котлована, возводимого здания) - 13,7% и с состоянием строительной площадки (отсутствие ограждения зоны котлована, строительная площадка не очищена от мусора, складирование строительных материалов в неустановленных местах, неудовлетворительное содержание бытовых, подсобных помещений, отсутствие твердого дорожного покрытия, не обеспечена культура строительного производства и т.п.) - 10,7%.

По данным ГЭКК ОФиПС и Комиссии основными нарушениями при устройстве котлованов являются неудовлетворительное качество производства работ и отступления от проектных решений в процессе их выполнения. Нередки случаи, когда при разработке рабочей документации в проектные решения, принятые на стадии «Проект», вносятся различные изменения, среди которых наиболее характерными и серьезными являются следующие:

4/2010 ВЕСТНИК

- изменение конструкции распорной системы и обвязочных поясов;

- уменьшение заглубления ограждающей конструкции котлована;

- снижение количества грунтовых анкеров или изменение схемы их устройства и технологии изготовления;

- изменение конструкции забирки (чаще всего переход на вертикальную) и ее крепления.

Как правило, указанные изменения вносятся с целью удешевления строительно-монтажных работ и не проходят экспертную оценку. В связи с этим Комиссия считает необходимым проектную документацию по устройству котлованов, прошедшую экспертизу на стадии «Проект» и претерпевшую существенные изменения на стадии «Рабочая документация» (изменения параметров котлованов, способов их крепления и методов возведения) в обязательном порядке направлять на повторную экспертизу.

Более того, Комиссия считает целесообразным для уникальных сооружений при глубине строительного котлована более 10 м проводить экспертизу проектов ограждений котлованов на стадии «Рабочая документация». Это позволит снизить риск возможных изменений технических решений по отношению к ранее согласованной проектной документации на стадии «Проект», которые могут оказать негативное влияние на устойчивость и прочность ограждающей конструкции котлована и нарушить нормальную эксплуатацию существующих зданий и сооружений окружающей застройки.

Комиссия поддерживает также предложение НИИОСП им. Н.М.Герсеванова о необходимости проведения экспертизы проектных решений по устройству подземных сооружений с глубиной котлована менее 5 м при расположении в зоне его влияния (до 20 м) существующих зданий и сооружений. Данное предложение обосновано тем, что в настоящее время, согласно требованиям действующих постановлений Правительства г. Москвы, геотехнической экспертизе проектов подземных сооружений подлежат те их них, глубина которых превышает 5 м. В результате в условиях предполагаемого отсутствия экспертизы проектные организации не уделяют должного внимания данным конструкциям, а зачастую раздел, касающийся устройства котлована при его глубине менее 5 м, отсутствует как в проекте, так и в рабочей документации. Как правило, это приводит к тому, что строители, в отсутствии проектных решений, разрабатывают котлован без крепления его бортов, что в условиях стесненности застройки или при наличии в непосредственной близости от площадки строительства существующих коммуникаций и автодорог недопустимо, так как может оказать негативное влияние на окружающие здания и сооружения вплоть до создания аварийной ситуации.

По поводу аварийных ситуаций при устройстве котлованов.

При рассмотрении вопроса о результатах анализа проектных решений и результатов обследования строящихся открытых котлованов для подземных сооружений и подземных частей зданий в городе Москве на пленарном заседании ГЭКК ОФиПС в ноябре 2007 года было отмечено плохое качество строительных работ по возведению ограждений котлованов, неудовлетворительное качество изысканий, использование старых геоподоснов. По представленной Мосгосстройнадзором справке при устройстве котлованов на 40 объектах. города Москвы были отмечены нарушения, вызвавшие аварийные ситуации в 12 случаях, что составляет примерно 30 процентов. Основными причинами аварийных ситуаций при устройстве котлованов явились:

- нарушения технологии производства работ;

- отступления от требований проекта;

- использование устаревших геоподоснов;

- некачественно проведение изысканий. Недостатков в нормативной документации, влекущих систематические аварийные ситуации на стройках, не выявлено.

Учитывая сложившуюся ситуацию, Комиссией были подготовлены Технические рекомендации по проектированию и производству работ по устройству ограждающих конструкций котлованов в стесненных условиях существующей городской застройки в г. Москве, в которых учитывался опыт устройства котлованов за последнее десятилетие и, наряду с другими, были добавлены новые указанные выше пункты, касающиеся геотехнической экспертизы проектной документации. Рекомендации были разработаны в развитие Постановления Правительства Москвы от 7 декабря 2004 года № 857-ПП «Об утверждении правил подготовки и производства земляных работ, обустройства и содержания строительных площадок в городе Москве», но в силу непонятных обстоятельств эти пункты в новую редакцию указанного документа не вошли.

В настоящее время может возникнуть еще одна проблема, на которую следует обратить внимание.

В связи с экономическим кризисом многие стройки города Москвы были «заморожены», а откопанные котлованы остались на длительное время под открытым небом, иногда с частично возведенными фундаментами. Естественно, что в таких условиям рабочий слой грунтов на дне котлована подвергался многократному замачиванию и промораживанию (зима 2009-2010 г.г. была холодной). В случае глинистых грунтов это неминуемо привело к нарушению их естественной структуры и, как следствие, к снижению их прочностных и деформационных характеристик. Комиссия напоминает, что до возобновления строительства необходимо в обязательном прядке провести дополнительные обследования таких грунтов с целью уточнения их строительных свойств и, в случае необходимости, разработать мероприятия по их улучшению или внести соответствующие изменения в проектную документацию.

В заключение еще раз отметим, что все работы по устройству котлованов необходимо производить с привлечением специализированных организаций и с обязательным проведением технического и авторского надзора. Недопустимо уменьшать объем изысканий, а все работы должны выполняться с соблюдением действующих СНиП, СП и других нормативных документов.

Нельзя забывать, что инженер-строитель как во время подготовки, так и в процессе производства работ по отрывке котлована несет большую ответственность, так как от выбора приемлемого решения зависит не только эффективность строительного процесса, но также безопасность и эффективность производства работ в целом.

Ключевые слова: котлован, ограждающая конструкция котлована, аварийная ситуация Key words: foundation pit, foundation pit cofferdam, emergency

E-mail автора: geosts@yandex.ru Статья представлена Редакционным советом «Вестник МГСУ»