Разработка технического решения инженерной защиты на объекте: Торгово-офисный центр «КРИСТАЛЛ» на пересечении ул. Северной и ул. Леваневского в г.Краснодаре»
Заказчик - ООО «КубаньУниверсалПроект»
Главный инженер проекта - К. Шадунц
Главный конструктор - М. Мариничев
В центральной части г.Краснодара в настоящее время закончены работы по возведению 10-ти этажного торгово-офисного центра «КРИСТАЛЛ». На площадке строительства расположено 3-х этажное кирпичное здание с существенным физическим износом несущих и ограждающих конструкций. Одним из основных условий перед началом строительства было недопущение каких-либо повреждений в существующем здании и оговорены жесткие условия по дополнительным деформациям элементов конструкций и фундаментов.
В ситуациях, когда старое и новое здание оказываются в непосредственной близости друг с другом, предусматривается защитное ограждение, либо усиление фундаментов и конструкций существующего здания. Чаще всего ограждение выполняется с использованием металлического шпунта – вдавливаемого или забиваемого, либо с применением буронабивных и буроинъекционных свай. Такое сооружение должно решать несколько задач. Во-первых, разделять деформации соседних зданий; во-вторых, при глубоком котловане обеспечивать устойчивость его стенок; в-третьих, при высоком уровне грунтовых вод служить защитой от горизонтального проникновения воды в объем котлована.
Однако при больших проектных нагрузках приходится возводить ограждение с большой длиной свай. Ограждение, состоящее из вертикальных элементов большой длины с относительно небольшими размерами поперечного сечения, характеризуется невысокой изгибной жесткостью при восприятии горизонтальных перемещений грунта в пределах сжимаемой толщи. Поэтому однорядные стены в некоторых случаях оказываются неэффективными. Кроме того, при глубоких котлованах для однорядного свайного ограждения необходимо предусматривать расстановку по высоте дополнительных промежуточных анкеров. При этом стенка чаще всего выполняется из буросекущихся или бурокасательных свай, что в сочетании с применением анкеров сильно удорожает строительство.
Нами предложено, рассчитано и внедрено в практику строительства на территории Краснодарского края техническое решение, предусматривающее двухрядную расстановку свай в составе ограждения. При таком подходе необходимо добиться соблюдения ряда условий:
- Обеспечить изгибную жесткость двухрядного ограждения по глубине;
- Провести расчет продавливания грунта в промежутки между сваями ограждения от бокового давления, то есть определить шаг между сваями в плане с учетом развития зон предельного состояния грунта в околосвайном пространстве;
- Убедиться, что вертикальные перемещения ограждения не превышают предельных величин.
Характеристики инженерно-геологических элементов, составляющих толщу под зданиями, представлены в таблице 1. Инженерно-геологические элементы обозначены на рис.3.
| Номер ИГЭ | Наименование инженерно - геологических элементов по ГОСТ 25100-95 | Мощность слоя, м | Модуль деформации Е, МПа | Удельное сцепление С, кПа | Угол внутреннего трения φ,град |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 | Суглинок полутвердый, тяжелый, пылеватый | 1,6 | 14 | 25 | 20 |
| 4 | Суглинок полутвердый, тяжелый, пылеватый с включением карбонатов | 3,3 | 25 | 29 | 22 |
| 4а | Суглинок полутвердый, тяжелый, пылеватый с включением песка и супеси | 1,5 | 28 | 18 | 24 |
| 5 | Песок мелкий, средней плотности | 2,6 | 29 | 0 | 31 |
| 6 | Глина иловатая | 1,0 | 7,5 | 29 | 7 |
| 7 | Торф среднеразложившийся, твердый | 0,5 | 1,8 | 30 | 10 |
| 8 | Глина полутвердая, легкая, пылеватая | 5,0 | 17 | 41 | 16 |
| 9 | Песок средней плотности | не выявлена | 31 | 0 | 33 |
Нами была проведена серия расчетов, каждый из которых выполнялся в несколько этапов. Сначала оценивались природные напряжения в массиве грунта, затем моделировались нагрузки от существующего здания, на следующем этапе в расчетную схему вводились элементы ограждения, после чего прикладывалась нагрузка от вновь возводимого здания.
На рис 1 видно, что без введения дополнительных мероприятий кирпичное здание получает недопустимые деформации. При этом сверхнормативное значение осадок распределяется на большую часть старого здания. Устройство ограждения длиной 13м, опирающегося на пески (ИГЭ 5), также не решает поставленные задачи. Такая стенка лишь незначительно снижает влияние новой нагрузки.
Рис.1. Влияние нового здания на существующее без дополнительных защитных мероприятий
На основании анализа результатов расчетов было установлено, что ограждение, состоящее из длинных буросекущихся свай длиной 20м с однорядным расположением, погруженных ниже границы сжимаемой толщи, не обладает достаточной изгибной жесткостью, что не позволяет в необходимых пределах снизить дополнительные деформации.
Решение было найдено при рассмотрении двухрядной стенки, состоящей из элементов разной длины (рис.2), расставленных в шахматном порядке. Более короткие 9-ти метровые сваи, обеспечивая необходимую изгибную жесткость верхней части подземной конструкции, были уперты в слой песков (ИГЭ 5). Сверху был выполнен жесткий ростверк, объединяющий ряды буроинъекционных свай.
Отдельная серия расчетов, проведенных в пространственной постановке с использованием программного комплекса COSMOS и в плоской постановке с использованием PLAXIS, была посвящена определению расстояния между сваями с учетом упругопластической работы основания. В итоге, сочетающиеся 9-ти и 17-ти метровые сваи были расположены в шахматном порядке с обоснованным на основании расчета расстоянием между осями, которое обеспечило невозможность продавливания грунта сквозь сваи при боковом давлении. При анализе работы ограждения использовалась упругопластическая модель Кулона-Мора для определения областей с «арочным эффектом» в околосвайном пространстве.
Рис.2. а) конечноэлементная деформированная схема с учетом предложенного технического решения; б) фрагмент с расстановкой свай ограждения в плане
В результате была получена существенная экономия по сравнению с ранее предложенным решением (=~ 10 млн. рублей в ценах 2005 г.), а также значительное сокращение сроков производства работ по устройству нулевого цикла здания. После реального практического внедрения такое решение было применено на ряде объектов г.Краснодара при возведении зданий в историческом центре (рис.3).
Рис.3. Примеры практического использования предложенного решения в историческом центе г.Краснодара при ведении работ в условиях плотной городской застройки