Экспресс-методы в геотехническом мониторинге

ЭКСПРЕСС МЕТОДЫ В ГЕОТЕХНИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ EXPRESS METODS IN GEOTECHNICAL MONITORING

А. H. Гаврилов, Е. М. Грязнова

A. N. Gavrilov, E.M. Gryaznova

ГОУ ВПО МГСУ, НТОЦ ИДМЗиС

Приводятся результаты и даются рекомендации по методам геотехнического мониторинга за состоянием грунтов основания площадки во время строительства в условиях плотной городской застройки.

Some results and recommendations for geotechnical monitoring of the foundations soils during the Building in congested urban environment are discussed.

Строительство и реконструкция объектов в исторических центрах крупных городов, таких как Москва, где ограничена этажность и площадь застройки, в последние годы идет, как правило, с освоением подземного пространства.

Выемка грунта и возведение подземных и надфундаментных конструкций в той или иной степени оказывает влияние на окружающую геологическую среду, что, как следствие, влияет на состояние примыкающих зданий.

В этой связи, региональными нормативными документами [1] предписывается проведение геотехнического мониторинга в период всего срока строительства и не менее, чем в течение 1-го года после его завершения. В общем случае, геотехнический мониторинг включает комплекс работ, позволяющий не только оценить деформационное поведение, реконструируемых зданий и зданий, примыкающих к строительной площадке, но и выявить возможные изменения в грунтах оснований и окружающем массиве грунта в процессе строительства. Полученная в ходе выполнения геотехнического мониторинга информация, должна обеспечить, разработку мероприятий по предупреждению и устранению возможных негативных последствий от строительных работ, а, следовательно, сохранность существующей застройки, попадающей в зону влияния нового строительства (см. [6]).

Для реализации геологической составляющей геотехнического мониторинга необходима организация режимных наблюдений за изменением состояния геологической среды и, главным образом, за изменением физико-механических свойств грунтов и уровнем подземных вод (УПВ).

Однако, выполнение традиционными методами геотехнического мониторинга, такими как проходка инженерно-геологических выработок, скважин и шурфов, установка глубинных марок и других мероприятий, в условиях тесной городской застройки затруднена.

Для безопасного ведения строительных работ и получения информации о возможных изменениях инженерно-геологических условий площадки в процессе возведения и состоянии конструкций зданий попадающих в зону влияния нового строительст-

ВЕСТНИК МГСУ

4/2010

ва наиболее целесообразно применение таких методов обследования, которые могут работать и, давать достоверную информацию не нарушая процесс эксплуатации здания или ведения строительных работ.

Исходя из опыта организации инженерно-геологических изысканий для самых различных строительных целей, можно отметить как прогрессивные, полевые опытные работы с использованием мобильного оборудования для испытания in situ [5]. В условиях исторического центра Москвы с успехом используется метод электроконтактного динамического зондирования (ЭДЗ), в котором тип грунтов устанавливается на основании электрического каротажа, а информация о физико-механических свойствах грунтов получается по результатам динамического зондирования [2]. В бурении скважин и лабораторном исследованиях грунтов в этом случае нет необходимости.

Большоя Никитская

Рис. 1, Схема строительной площадки по адресу ул. Малая Никитская, д. 15с примыкающими к ней зданиями и расположением инженерно-геологических скважин и точек ЭДЗ

Условные обпчначерпя^Т точка 1Д1 н её номер 0 инженер но-геологическая скважина, ос номер и гсд проходки  - контур проектируемого кеггиовааа т-сохранённые части снесеипого здания — контуры существующей застройки

К недостаткам использования этого метода в городских условиях следует отнести возможность искажения показаний токового каротажа при зондировании ниже УПВ, которые могут быть загрязнены техногенными утечками из инженерных коммуникаций. Однако, этот недостаток может быть компенсирован при анализе результатов ЭДЗ в комплексе с анализом результатов ранее выполненных инженерно-геологических изысканий.

В качестве примера рассмотрим объект строительства, расположенный в историческом центре г. Москвы в условиях плотной городской застройки. На участке строительства по адресу: г. Москва, Малая Никитская ул. д. 15, планируется строительство нового 6-ти этажного здания с включением в объем сохраняемого уличного фасада от старого снесенного дома. Уличный фасад был усилен металлоконструкциями на время строительства после разборки основного объема старого здания. Кроме этого к строительной площадке примыкают еще четыре здания, являющихся историко-архитектурными памятниками. План площадки показан на рис.1

Под новым зданием планируется устройство двух уровней подземной автостоянки глубиной около 8-ми метров. Для чего предполагается пройти котлован соответствующей глубины под защитой шпунтового ограждения.

До начала строительства на площадке с 1979 по 2007 г. неоднократно проводились инженерно-геологические изыскания специалистами Московского городского треста геолого-геодезических и картографических работ (МГГТ). При этом было установлено в пределах сжимаемой толщи грунтов, под фундаментами зданий, примыкающих к строительной площадке, залегали аллювиальные песчаные грунты средней крупности с гравием, реже крупные, как правило, средней плотности с модулем общей деформации Е0 равным 32 МПа. Также специалистами этой организации было выполнено инженерное обследование зданий, попадающих в зону влияния. Результаты обследования показали, что практически все здания находятся в неудовлетворительном или предаварийном состоянии. За зданиями, начиная с июля 2004 г. МГГТ был установлен геодезический мониторинг.

Анализ результатов инженерно-геологических изысканий показал, что более чем за 20 лет существенных изменений инженерно-геологических и гидрогеологических условий на площадке не произошло. Характерные геологические колонки участка показаны на рис.2 (а и б).

Строительные работы на площадке были начаты в сентябре 2007 г. Вертикальные деформации, зафиксированные на наблюдаемых зданиях, к этому времени, лежали в пределах -3,1 -5,5 мм. Следующий этап строительных работ предусматривал проходку лидерных скважин диаметром 377 мм глубиной 18 м для установки шпунтового ограждения. Проходка этих скважин осуществлялась в октябре 2007 г. шнековым бурением, вместо, предусмотренного проектом, колонкового.

При выполнении этих работ был отмечен прогрессирующий рост осадок, значения которых к концу октября 2007 г. лежали уже в пределах -2,5 -90,8 мм. Рост осадок сопровождался трещинообразованием в фасадных стенах зданий, примыкающих к строительной площадке. Строительство было приостановлено и также было решено в кратчайшие сроки провести оценку возможных изменений физико-механических свойств грунтов оснований в пределах сжимаемой толщи непосредственно у фундаментов отмеченных выше зданий.

Поставленная задача решалась, описанным выше, методом ЭДЗ. Методика проведения ЭДЗ подробно рассмотрена в [2], поэтому, не останавливаясь на ней детально, сразу рассмотрим полученные материалы.

Зондирование проводилось в 25 точках, расположенных на площадке (см. рис.1) в лидерных скважинах глубиной 2,5 4,0 м, пройденных сквозь толщу насыпных грунтов. Глубина зондирования достигала 11 м, то есть практически на всю мощность сжимаемой толщи.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что практически на всех участках, где проводились работы по проходке глубоких лидерных скважин, появился новый, ранее на площадке не фиксировавшийся, инженерно-геологический элемент (ИГЭ) - рыхлые пески средней крупности, реже крупные. Геологические колонки с зафиксированными новыми значениями модуля общей деформации (Е0) по точкам ЭДЗ №3 и №6, выполненным в районе скважин соответственно № 3/87 и №2/03 на рис. 2 (в и г).

2 К - к:| снсрнй : л ''кл -1р. сккпжин .! .л .'|а I <№7-2003 г (я л й) II н"I .", ;| - : л юпрюскт колом км по данным 'ДЦЗ-Ш(в) и ЭДЗ -\:Ь<Г1 пйцутт&шнс нл топ же ппшцйцко я декнйре 2007г.

(5 номер 1ТГЭ

и.ткп:!- Е [Mcl.il

О нясьтноп фуНГ

(У) Пески средней |футтносттт с т71пнт1смпсррднст1 платности

О 1И.-СИ1 крупности с ] рзингем. рытиние

Ц) ошны пылсвйтыгс попутвврЯЫС

@ глины нш|свлты£ гугслиистичныс

песет гадлеяатьк тпЕрдыс

Из анализа материала, полученного по всем точкам ЭДЗ на площадке, следует, что в пределах сжимаемой толщи произошло существенное, в 1,8 раза снижение значений Е0., что, в свою очередь, повысило деформируемость грунтов основания и вызвало развитие повышенных осадок зданий, примыкающих к строительной площадке.

Из изложенного выше видно, что технология ведения строительных работ по освоению подземного пространства оказывает существенное влияние на геологическую среду в частности на физико-механические характеристики грунтов. Следует отметить, что подобные явления отмечались и на других строительных площадках, расположенных в историческом центре г. Москвы и имевших сходное инженерно-геологическое строение. (см. [3]). В этой связи, при разработке проектов освоения подземного пространства в условиях плотной городской застройки можно рекомендовать применение щадящих методов ведения земляных работ в сочетании с выполнением, при необходимости, опережающих противоаварийных мероприятий, по зданиям, попадающим в зону влияния строительства, как это было сделано, например, при строительстве нового здания универмага «Военторг» [7].

Также, следует предусматривать на стадии предпроектных изыскательских работ проведение исследований физико-механических свойств грунтов при вибрационных воздействиях при различных уровнях вибрации, охватывающих возможный диапазон, который может возникнуть, при работе строительных механизмов.

Полученные результаты, также следует учитывать, при выполнении аналитических расчетов по оценке влияния нового строительства на прилегающую территорию.

В заключении можно сделать следующие выводы:

1. Проходка котлованов оказывает влияние на состояние инженерно-геологической среды вызывая, как правило, разуплотнение грунтов, повышая таким образом, их деформируемость значения Е0 при этом могут снижаться в более чем 1,5 раза, по сравнению с величинами, полученными при инженерно-геологических изысканиях до начала строительства;

2. Проведение геотехнического мониторинга на строительной площадке выполняемого традиционными методами изложенными, например в [4], в условиях плотной городской застройки, при ведении строительных работ, затруднено, поэтому в этом случае рекомендуется применять экспресс методы, например ЭДЗ, которые позволяют оперативно получать информацию об изменении физико-механических свойств грунтов без нарушения цикла строительства и эксплуатации зданий.

3. При разработке проектов освоения подземного пространства в условиях плотной городской застройки можно рекомендовать применение щадящих методов ведения земляных работ в сочетании с опережающими противоаварийными мероприятиями, при необходимости, по зданиям, попадающим в зону влияния строительства, как это было сделано, например, при строительстве нового здания универмага «Военторг»

Литература

1. МГСН 2.07-01 Основания, фундаменты и подземные сооружения. Москва 2003 г.;

2. Аникин О.П., Гаврилов А.Н., Грязнова Е.М. «Применение геофизических методов при обследовании зданий и сооружений в условиях плотной городской застройки" в кн. «Современные методы инженерных изысканий в строительстве». М. МГСУ. 2001 г., стр.41-50;

3. Гаврилов А.Н., Грязнова Е.М., Старков P.P. «Использование экспресс методов при геотехническом мониторинге» // «Ежемесячный научно-технический и производственный журнал Промышленное и гражданское строительство», №10, 2007 г., Издательство «ПГС».М.2007 г.;

4. «Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий расположенных вблизи нового строительства или реконструкции» М. «Москомар-хитектура». 1998, стр.89.

5. В.М. Улицкий, А.Г. Шашкин «Геотехническое сопровождение реконструкции городов» М. АСВ. 1999;

6. Пособие к МГСН 2.07-01 Основания, фундаменты и подземные сооружения. Обследование и мониторинг при строительстве и реконструкции зданий и подземных сооружений. Москва 2004 г.;

7. A.N.Gavrilov, E.M.Grjaznova, R.R. Starkov, V.V.Tregubov «Control data from designing and reconstructing buildings in an urban area: the file of Voentorg Central Military Stores», Proceedings of the 14th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Volume 3. Madrid 2007.

The literature

1. MGSN 2.07-01. Soil bases, footings and underground structures. Moscow, 2003;

2. O.P. Anikin, A.N.Gavrilov, E.M.Grjaznova. Application of geophysical methods for surveying buildings and structures within congested urban development. In book "Current site investigation methods in civil engineering", Moscow, Moscow State Civil Engineering University, 2001, pp. 41-50;

3. A.N.Gavrilov, E.M.Grjaznova, R.R. Starkov. Application of express methods for geotechnical monitoring. Monthly Journal «Industrial and Civil Construction», No. 10, 2007, PGS Publishers, Moscow, 2007;

4. Recommendations for survey and monitoring of technical condition of existing buildings, located near a new construction or reconstruction site. Moscow, «Moskomarchitectura», 1998, p. 89;

5. V.M. Ulitsky, A.G. Shashkin. Geotechnical support of urban redevelopment, Moscow, ACB,

1999;

6. Manual to MGSN 2.07-01. Soil bases, footings and underground structures. Survey and monitoring in construction and redevelopment of buildings and underground structures. Moscow, 2004;

7. A.N.Gavrilov, E.M.Grjaznova, R.R. Starkov, V.V.Tregubov «Control data from designing and reconstructing buildings in an urban area: the file of Voentorg Central Military Stores», Proceedings of the 14th European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Volume 3. Madrid 2007.

Ключевые слова: реконструкция, подземное строительство, геофизика, геотехнический мониторинг, экспресс методы, техническое состояние, геология, основание.

Keywords: reconstruction, underground building, geophysics, geotechnical monitoring, express methods, technical condition, geology, base of constructions.

E-mai aemopoel: centre_mgsu@mail.ru

Рецензент: Никифорова Надежда Сергеевна доктор технических наук, старший научный со-трудник.Зам. зав. лабораторией №2 НИИОСП им. Н.М.Герсеванова ОАО «НИЦ» Строительство», профессор кафедры механики грунтов оснований и фундаментов МГСУ e-mail: n.s.nikiforova@mail.ru