книги / Реконструкция подземного пространства

Кроме описанных выше основных способов при бестраншейной про­ кладке инженерных коммуникаций в выработках с большими, чем указано, сечениями и длиной используют и другие способы:

-продавливанис с помощью специальных установок железобетонных конструкций больших диаметров (3 м и более);

-горнопроходчесткие способы;

-щитовой способ с устройством сборной обделки и штольневый, при­ меняемый очень редко из-за высокой трудоемкости.

Возможно использование комбинированных способов строительства в различных сочетаниях в зависимости от грунтов, прорезаемых подземным или заглубленным сооружением, особенностей самого сооружения и других

иже в структурно-неустойчивых грунтах, в зависимости от гидрогео- и грунтовых условий применяют различные вспомогательные строительства - водопонижение и водоотлив, замораживание, за­ иление грунтов и др. Научно обоснованный выбор этих вспомогательных

специальных способов оказывает существенное, а иногда и определяющее влияние на стоимость строительства, выполняемого основным способом, на­ дежность и сроки его осуществления.

1.2. Основные требования, предъявляемые к инженерно-геологическим изысканиям для подземных сооружений

Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания для проек­ тирования и строительства подземных сооружений следует выполнять в со­ ответствии с требованиями СНиП 11-02-96 «Инженерные изыскания для строительства», а также с учетом особенностей подземного строительства, предусмотренных настоящими нормами.

На площадках изысканий необходимо проводить измерения уровня ра­ диационного излучения и выделения летучих ядовитых газов.

При выполнении инженерно-геологических изысканий необходимо ис­ пользовать современные методы полевых работ и лабораторных исследова­ нии грунтов и камеральной обработки. При планировании изысканий и ана­ лизе их результатов необходимо использовать материалы ранее выполнен­ ных изысканий, приводя соответствующие ссылки. При этом следует обра­ щать внимание на срок проведения изысканий прошлых лет в связи с воз­ можными изменениями гидрогеологических условий и свойств грунтов.

Инженерные изыскания должны планироваться и выполняться на ос­ нове технического задания на производство изысканий, выданного организа- цией-заказчиком. Образец технического задания для подземных сооружений приведен в приложении 1. Техническое задание должно быть согласовано с организацией, проектирующей основания, фундаменты и подземные соору­ жения.

При планировании и проведении изысканий необходимо учитывать геотехническую сложность объекта строительства (геотехническую катего­ рию), которая устанавливается в зависимости от вида и характеристики само­ го объекта и инженерно-геологических условий площадки строительства.

Геотехническая категория сложности сооружения устанавливается до на­ чала изысканий на основе анализа материалов изысканий прошлых лет и от­ ражается в программе инженерных изысканий. Эта категория может быть уточнена на каждой стадии проектирования. В зависимости от геотехниче­ ской категории выбираются методы испытаний грунтов и назначаются их расчетные характеристики. Принято выделять три геотехнические категории

(I, И. Ш).

Геотехническая категория I включает небольшие сооружения пони­ женного уровня ответственности в простых инженерно-геолопн ежих усло­

-выемки для дренажных работ и укладки труб;

-подпорные сооружения, у которых разность уровней грунта нс более

2 м.

К категории II относятся:

-подземные пешеходные переходы;

-подземные сооружения с разностью уровней грунта более 2 м. Геотехническая категория III включает особо ответственные, сложные

иуникальные здания и сооружения в любых геологических условиях а также здания и сооружения, относящиеся к категориям I и И, но находящиеся в сложных геологических условиях (имеют место специфические грунты или опасные геологические и инженерно-геологические процессы).

Изыскания и проектирование подземных сооружений малой глубины заложения (на отметках до Юм от поверхности земли), строительство кото­ рых будет осуществляться открытым способом, допускается выполнять в один этап. Для объектов глубокого заложения, а также строящихся закрытым (тоннельным) способом инженерные изыскания следует выполнять в 2 этапа

-предпроектные работы и рабочий проект (РП).

На первом (предварительном этапе) должно быть получено инженерно­ геологическое обоснование возможности намеченного строительства, выра­ ботана оптимальная методика проведения строительных работ, разработаны рекомендации по защите окружающей, в том числе гидрогеологической сре­ ды. При этом должны использоваться материалы государственного террито­ риального фонда инженерных изысканий при органах архитектуры. На вто­ ром этапе, для объектов мелкого заложения - на сводном этапе, должны быть решены все задачи, поставленные техническим заданием на проектирование и программой проведения изыскательских работ.

Инженерно-геологические и гидрогеологические исследования должны выполняться комплексно, при этом изучаемая территория не должна ограни­ чиваться контуром (периметром) проектируемого сооружения, а при соответ­ ствующем обосновании включать и примыкающие площадки (в том числе застроенные), где следует ожидать изменения сложившейся природной си­ туации в результате намеченного строительства (радиус охватываемого уча­ стка определяется конкретным размером сферы взаимодействия сооружения

сприродной обстановкой).

Всоставе намеченных изысканий для объектов глубокого заложения рекомендуется использование геофизических методов разведки, в том числе скважинная геофизика. Это необходимо для снижения стоимости и сокращемсроков работ. В необходимых случаях организуется наблюдение за изме- \ т еологических и гидрогеологических условий в период строительства тгации объекта путем закладки режимной сети скважин и реперов,

.о на участках III категории сложности инженерно-геологических ус-

При изысканиях для подземного строительства необходимо широко использовать полевые методы (зондирование, пенетрационный карротаж, геофизические методы и полевые исследования прочностных, деформацион­ ных и фильтрационных свойств грунтов).

Основной задачей изысканий для подземного строительства является комплексное изучение инженерно-геологических условий подземного строи­ тельства, а также выбор в необходимых случаях направления и вида инже­ нерных защитных мероприятий.

Изыскания необходимо проводить с учетом «Рекомендаций по инже­ нерно-геологическим изысканиям для подземного гражданского и промыш­ ленного строительства», ПНИИИС, М., 1987.

Особое внимание должно быть обращено на выявление и изучение:

-структурно-неустойчивых грунтов;

-гидрогеологических условий площадки;

-неблагоприятных геологических и инженерно-геологических про­

цессов;

-поведения грунтов при вскрытии их подземными горными выработ­

ками.

Вматериалах изысканий должен быть дан прогноз изменения и воз­ можной активизации неблагоприятных физико-геологических процессов в период строительства и эксплуатации проектируемого сооружения, в том числе и на прилегающей территории.

При проектировании глубокого водопонижения или полного перехвата потока подземных вод такой прогноз должен учесть:

-возможность возникновения механической и химической суффозии в водоносном слое;

-дополнительное обжатие грунтов под фундаментами примыкающих строительных объектов за счет снятия взвешивающегося воздействия под­ земных вод;

-снижение дебитов действующих водозаборных скважин, попадаю­ щих в сферу влияния водопонизительной установки;

-активизацию технического карста и др.

При проведении инженерных изысканий необходимо учитывать тот факт, что подземные сооружения, закладываемые в слабопроницаемых грун­ тах и экранизирующие подземный поток, способны вызвать местный подпор подземных вод вплоть до выхода их уровня на дневную поверхность с обра­ зованием наледей в зимний период и заболачивание прилегающей террито­ рии летом.

На площадках со значительным уклоном рельефа, а также рп проек­

ятности активизации склоновых процессов, в том числе под влиянием дина­ мических нагрузок.

Особое внимание должно быть обращено на прогнозирование измене­ ний инженерно-геологических условий под влиянием строительства подзем­ ного сооружения и прежде всего гидрогеологических условий (подъем уров­ ня подземных вод вследствие барражирующего воздействия сооружения, прорыв напорных и безнапорных вод, изменение их химического состава и агрессивности и др.).

Необходим также прогноз поведения близлежащих существующих зданий и сооружений в связи с подземным и заглубленным строительством и принятие мер по ограничению дополнительных деформаций.

В процессе строительства сооружения необходимо вести операцион­ ный геотехнический контроль земляных работ, анализ работы водопоиизительных установок, геодезический контроль. На объектах глубокого заложе­ ния на весь период строительства должна быть организована постоянная служба геотехнического контроля, результаты работы которой следует ис­ пользовать для корректировки проекта организации строительства (ГЮС). Геотехнический контроль организуется строительной организацией. Он включает в себя:

-проверку соответствия грунтов выемки данным инженерных изыска­ ний (визуальными и лабораторными методами);

-проверку качества укладки грунтов в обратные засыпки и дренажи;

-контроль качества механического и химического закрепления грунта, если таковые предусмотрены проектом;

-геодезические наблюдения при проведении работ по планировке рельефа и проходке выемок;

- документацию бурения и оборудование всех видов скважин на уча­

стке;

-контроль погружения свай, шпунтов, опускных колодцев, игло­ фильтров;

-контроль дебита водопонизительной установки и положения динамического уровня подземных вод;

-контроль за состоянием дна и бортов защищаемой выемки при сво­ бодном водоотливе.

Материалы геотехнического контроля должны иметь полную инфор­ мацию о проведении работ и соответствовать требованиям СНиП 3.02.01-87.

1.3. Экологические требования при проектировании подземных сооружений

Повышение плотности застройки, рост этажности зданий и усложнение

.ченерных инфраструктур, активизация использования подземного про­ странства постоянно увеличивают нагрузки на экологическую среду. Нагруз­ ки возрастают с развитием техногенных геологических процессов, таких как карстовые и суффозионные провалы, оползни, подтопление территории, об­ разование техногенных и других слабых грунтов с повышенной сжимаемо­ стью, образование различных физических полей (поля вибрации, блуждаю­ щих электрических токов, температуры). Качество окружающей среды ухудшается за счет концентрации антропогенных веществ, в том числе ра­ диоактивных, загрязняющих территорию города и имеющих различный со­ став, степень концентрации, формы нахождения.

При проектировании подземных сооружений должны быть учтены особенности экологической обстановки на участке строительства, дан про­ гноз ее изменения с учетом ожидаемого строительства и разработаны необ­ ходимые инженерные решения для защиты или улучшения экологической обстановки. При выборе вариантов проекта следует учитывать приоритет­ ность решения экологических проблем.

При выборе проектных решений должны быть рассмотрены, в зависи­ мости от природных и градообразующих условий, противокарстовые, проти­ вооползневые, водозащитные мероприятия, мероприятия по защите подзем­ ных вод и грунтов от загрязнений, решены вопросы отвалов загрязненного грунта и сохранения растительного слоя.

При оценке экологической обстановки следует учитывать возможное изменение уровня подземных вод на застраиваемой территории (понижение при откачке и за счет дренажа, подтопление за счет транспирации и возмож­ ных утечек из водонесущих коммуникаций), которое может вызвать дефор­ мации грунтового массива, опасные для существующих и строящихся зданий и сооружений, что должно быть учтено при проектировании.

Изменения уровня грунтовых вод происходят при использовании водопонижсния в процессе подземного строительства. В районах старой застрой­ ки городов водопонижение нередко сопровождается быстрым гниением де­ ревянных спай и лежней под ленточными фундаментами зданий, что приво­ дит к неравномерным осадкам зданий и их повреждению. Кроме того, глубо­ кое водопонижение вызывает существенное возрастание эффективных на­ пряжений в скелете грунта и осадки всей осушенной толщи (например, в Ме­ хико такого рода осадки достигают 7 м и более).

При возможном поступлении к объекту строительства загрязненных поверхностных вод проектом должно быть предусмотрено строительство за­ щитных сооружений для того, чтобы исключить или уменьшить поступление загрязненных вод на площадку, их инфильтрацию в грунт, уменьшить или исключить эрозию грунта. Должны быть рассмотрены варианты спчнггельства дамб, берм и террас, осадочных бассейнов, водозащитных стен, нгнейных или замкнутых противофильтрационных завес с глиняными или синте­ тическими покрытиями. При проектировании противофильтрационных завес, связанных с экологической защитой территории, следует предусмотреть кон­ структивную прочность и сплошность стен, а также их долговременную ус­ тойчивость против агрессивных воздействий. Под сооружениями, содержа­ щими токсичные вещества, следует запроектировать защитные экраны и пре­ дусмотреть сбор и отвод просачивающихся отходов.

Специальному рассмотрению подлежит проектирование зданий и со­ оружений в районах распространения слабых техногенных грунтов и свалок и мероприятия по обеспечению экологической безопасности.

Строительство подземного сооружения может вызвать деформации грунтов налегающей толщи, изменение уровня грунтовых вод.

Деформации грунтов налегающей толщи и соответствующие оседания поверхности при строительстве подземного сооружения называются сдвиже­ нием. Величина деформаций и оседаний сдвижения зависит от того, насколь­ ко сечение наружного контура устанавливаемой обделки меньше сечения выработки при проходке.

Местное понижение поверхности грунта над выработкой называется мульдой сдвижения. Если величина максимального оседания в мульде сдви­ жения превышает 5-8 см, то и в городских зданиях, расположенных на по­ верхности, возникают трещины. Оседания 4-5 см при проходке тоннелей метрополитена считаются нормальными, они не вносят существенных ос­ ложнений в эксплуатацию поверхностных сооружений. Такие оседания име­ ют место при щитовых методах проходки с тщательным заполнением затюбингового пространства цементным раствором. Новоавстрийский метод про­ ходки с быстрым нанесением набрызг-бетонной обделки по обнаженному контуру также обеспечивает оседания такого порядка.

Наряду с этим в практике подземного строительства в С.-Петербурге имели место случаи прорыва в забой тоннеля больших объемов плывунов.

При этом оседания поверхности достигали метра, мульда сдвижения имела значительную площадь и многие здания подвергались существенным повре­ ждениям.

Деформации поверхности, как уже отмечалось, возникают вблизи кот­ лована, откапываемого под защитой шпунтового ограждения. Вокруг опуск­ ного колодца в процессе его погружения происходит некоторое оседание по­ верхности, которое может резко возрасти при прорыве глинистого раствора в колодец.

Применение искусственного замораживания в застроенных районах также грозит повреждениями зданий, так как в процессе промерзания грунта происходит его пучение, а при оттаивании - осадка.

2. КОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫ Х СООРУЖ ЕНИЙ

Перед рассмотрением данного раздела, касающегося основных конст­ руктивных решений подземных сооружений, введем несколько определений, а именно:

этаж надземный - этаж с отметкой пола помещений не ниже планиро­ вочной отметки земли;

этаж подвальный - этаж с отметкой пола ниже планировочной отмет­ ки более чем на половину высоты расположенных в нем помещений;

этаж подземный - этаж с отметкой верха перекрытия не выше плани­ ровочной отметки земли;

этаж цокольный - этаж с отметкой пола ниже планировочной отметки земли, но не более чем на половину высоты расположенных в нем помеще­ ний.

2.1. Конструктивные решения и требования к материалам

Конструкции подземных сооружений выполняются преимущественно из железобетона. Однако возможно сочетание железобетона с металлически­ ми конструкциями (стальной прокат, чугун), с конструкциями из камня (гор­ ные выработки и вскрытые скальные породы, кладка из природного камня). Как правило, используются на практике следующие конструктивные схемы:

-сборная (сборный железобетонный каркас и сборное железобетонное перекрытие);

-сборно-монолитная (сборный железобетонный каркас и монолитное железобетонное перекрытие, монолитный железобетонный каркас и сборное железобетонное перекрытие);

-монолитная (монолитный железобетонный каркас и монолитное же­ лезобетонное перекрытие).

В подземных сооружениях, расположенных под зданиями, конструк­ тивная схема должна быть увязана с конструктивной схемой надземного зда­ ния. Рекомендуемая сетка колонн, исходя из существующей номенклатуры сборных железобетонных конструкций, преимущественно - 6x6 м. При строительстве отдельно стоящих подземных сооружений наибольший реко­ мендуемый пролет для сборных конструкций - 12 м. Допускаются другие пролеты несущих конструкций при соответствующих обоснованиях.

В жилых зданиях со встроенными подвальными или цокольными по­ мещениями первый жилой этаж должен быть отделен одним специальным перекрытием или техническим этажом.

Объемно-планировочная схема подземного сооружения должна опре­ деляться архитектурно-планировочным заданием и обеспечивать функцио­ нальную взаимосвязь в горизонтальном и вертикальном направленим.ч, а так­ же с надземным пространством. Объемно-планировочная схема модемного сооружения, пристроенного или встроенного в надземное здание, определя­ ется с учетом особенностей здания, к которому пристраивается или в которое встраивается подземное сооружение. Объемно-планировочная схема подзем­ ных сооружений может быть:

-одноуровневая и многоуровневая;

-одно-, двухпролетная (простейшего вида) и многопролетная.

Высота помещений подземных сооружений от пола до низа выступаю­ щих конструкций и подвесного оборудования должна быть не менее:

-стоянки-гаражи - 2,0 м;

-склады - 2,0 м;

-предприятия бытового обслуживания - 2,5 м;

-предприятия торговли и общественного питания - 3,0 м;

-предприятия культурно-просветительские и физкультурнооздоровительные, административные помещения - 3,0 м.

При проектировании подземных сооружений рекомендуется макси­ мально использовать имеющиеся возможности обеспечения естественного освещения, аэрации и визуальной связи с надземным окружением за счет:

-световых дворов, колодцев (атриумов), куполов, фонарей, световых приямков;

-элементов природного окружения (декоративного озеленения, деко­ ративных бассейнов, фонтанов, аквариумов).

Все конструкции подземных сооружений следует проектировать с уче­ том требований СНиПа на конструкции из соответствующих материалов. Требования, предъявляемые к материалам для подземных сооружений, опре­ деляются типом конструкции, условиями ее работы и регламентированы со­ ответствующими главами СНиПа на проектирование конкретного сооруже­ ния. Ниже приведены технические требования, предъявляемые к основным строительным материалам для подземных сооружений.

Основные требования, предъявляемые к бетону:

1.Класс по прочности (марка):

-для монолитных конструкций - не ниже В25 (М300);

-для сборных конструкций - не ниже ВЗО (М400);

-для набрызг-бетона - не ниже В25 (М300).

2.По морозостойкости:

-при отсутствии знакопеременной температуры - F 150;

-при оттаивании в воздушно-влажностном состоянии - F200;

-при оттаивании в водонасыщенном состоянии - F300.

3.По водонепроницаемости:

-при гидростатическом давлении менее 0,05 МПа - W4;

-при гидростатическом давлении от 0,05 до 0,15 МПа -W6; при гидростатическом давлении более 0,15 МПа - W8.

По остальным показателям бетоны должны удовлетворять требова- I ОСТ 26633.

Основные марки чугуна и стального проката:

-чугун марок: СЧ20, СЧ35, СЧ50.

-сталь прокатная марок: С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345Т. Основные требования, предъявляемые к природному камню:

-бут рваный, марка по прочности - не ниже 200.

-марка раствора для кладки из природного камня - не ниже 100.

Все конструкции подземных сооружений, непосредственно соприка­ сающиеся с землей, должны иметь защиту от агрессивных сред (грунты и грунтовые воды) согласно требованиям СНиП 2.03.11-85.

2.2 Основные виды подземных сооружений

Принятие решения о размещении того или иного подземного сооруже­ ния принимается в зависимости от условий развития сети конкретных видов обслуживания: функционального зонирования территории поселения; струк­ туры транспортной сети с учетом категорий улиц и дорог - мест концентра­ ции общественных функций; инженерно-геологических и экологических ус­ ловий; характера существующей застройки; оснащенности инженерными коммуникациями; нормативных радиусов обслуживания.

2.2.1. Сооружения коммунально-бытового назначения

Массовая автомобилизация породила во всех без исключения крупных городах мира проблему размещения автомобилей. Автомобиль нуждается в стационарном гараже вблизи места проживания владельца и временной сто­ янке вблизи места работы.