ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ ДЛЯ ВЫСОТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА В РОССИИ

Согласно СП 1.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы» под высотными зданиями в России понимают здания, имеющие высоту более 75м или более 25 этажей. В зарубежных странах под это определение попадают здания высотой от 35 до 100м, свыше 100м здания считаются небоскребами (в США и Европе – свыше 150м). [1]

Существуют несколько конструктивных систем высотных зданий: коробчатая, ствольно-коробчатая («труба в трубе», «труба в ферме»), поперечно-стеновая, каркасная, рамно-каркасная, ствольная и др. Ствольные системы подразделяются по способу опирания: консольное опирание перекрытий на ствол, подвешивание внешней части перекрытия к верхней несущей консоли «висячий дом» или его опирание посредством стен на нижерасположенную несущую консоль, промежуточное расположение несущих консолей высотой в этаж с передачей в них нагрузки от части этажей [2].

Под действием ветрового напора происходят колебания высотных зданий, для их уменьшения применяются инертные массы, подвешенные в верхней части здания.

Каркасные и рамно-каркасные системы применяются в зданиях высотой до 40 этажей, ствольные – до 50–60 этажей, ствольно-коробчатые и коробчатые – до 80–90 этажей, а свыше этого – по схеме «труба в ферме» [2].

Для того, чтобы запроектировать здание, необходимо определить грунтовые условия на месте возведения. Для этого на практике применяют инженерно-геологические изыскания.

Инженерно-геологические изыскания – мероприятия, необходимые для установления грунтовых условий при проектировании зданий и сооружений.

В настоящее время в России используются следующие методы инженерно-геологических изысканий:

·                       Бурение геологоразведочных скважин

Основная задача бурения геологоразведочных скважин, это проходка толщи грунтов с описанием их состава (литологический разрез) и отбор проб, для дальнейшего лабораторного исследования. Для этих целей, как правило, используются буровые станки

·                       Зондирование грунтов, статическое или динамическое

Метод зондирования – это способ определения природной плотности песчаных грунтов, которые находятся ниже уровня подземных вод или имеют рыхлое состояние. Установить природную плотность этих грунтов при помощи прямых методов довольно трудно, поэтому приходится применять косвенные. Суть метода заключается в том, что в грунт внедряются конический наконечник (зонд) диаметром от 36 до 74 мм и углом при вершине 60 градусов.

И статическое, и динамическое зондирование позволяет получить полезную инженерно-геологическую информацию, поэтому эти два метода являются одними из основных при проведении изысканий.

·                       Штамповые испытания грунтов

Испытание вертикальными статическими нагрузками — штампом заключается в искусственном моделировании процесса уплотнения грунта (достаточно в большом объеме) под давлением нагрузки на него, которую можно сопоставить с нагрузкой будущего проектируемого здания. Зачастую такому испытанию следует обязательно подвергать крупнообломочные, глинистые и песчаные породы, которые склонны к усадке.

·                       Другие виды (удельное электрическое сопротивление грунта)

Выполняется данный вид исследования в лабораторных условиях на высокоточном оборудовании. Для этого необходимо выехать на участок исследования и взять пробу грунта в скважине, шурфе и траншее из слоев, которые расположены на глубине возведения сооружения (дома). Определение удельного электросопротивления грунтов проводится по специальной методике с учетом заданного интервала. В некоторых случаях, когда уровень грунтовых вод значительно выше глубины закладки фундамента, данный факт также учитывается и проба грунта должна быть гораздо меньшего объема.

В свою очередь фундаменты у высотных зданий подразделяются на фундаменты на естественном основании (плитные), свайно-плитные фундаменты, свайные фундаменты глубокого заложения. В свою очередь свайные фундаменты подразделяются на фундаменты с применением забивных или вдавливаемых свай (производится выемка грунта); с применением буровых свай, опускных колодцев-кессонов и полных свай из стальных труб (выемка грунта не производится) [3].

·                       Фундаменты на естественном основании

Данный вид фундамента подходит для невысоких зданий (до 75 м). Фундамент представляет собой монолитную железобетонную плиту толщиной от 1 до 2,5м. Очень редко, при отсутствии рисков смещения грунта, применяются традиционные ленточные фундаменты. В местах сосредоточения максимальных нагрузок в плите устанавливаются ребра жесткости, чаще всего под колоннами и полонами.

·                       Свайные фундаменты

В настоящее время при строительстве высотных зданий чаще применяются свайные фундаменты.

При возведении зданий высотой до 200м применяются задавливаемые и забивные сваи сечением 300х300 и 350х350мм. При возведении зданий большей высоты обычно выкапывается котлован. Стены котлована дополнительно усиливаются железобетоном. Предусматривается применение стальных и бетонных свай длинной до 83 метров и диаметром до 2 метров. Такие сваи были применены при строительстве Охта-центра на болотистых грунтах Васильевского острова.

Опускные колодцы применяются в сверхплотных и скальных грунтах. После достижения конструкции проектной глубины, ее заливают бетоном. Таким образом фундамент становится обсадной трубой. При наличии подземных вод применяются колодцы-кессоны. Вода выдавливается из них при помощи сжатого воздуха [3].

·                       Комбинированные фундаменты

Комбинированными являются свайно-плитные фундаменты. Данный вид фундамента сложен в плане монтажа, но одновременно с этим в условиях разнородных грунтов позволяет обеспечить устойчивость высотных зданий. Примером может опять-таки служить здание Охта-центра в Санкт-Петербурге.

Суть технологии состоит в том, что оголовки свай привариваются на дне котлована к балкам бетонного ростверка. В Санкт-Петербурге он двуслойный. Нижняя плита, соединённая со сваями, служит опорой для верхней плиты, служащей непосредственной опорой задания. В результате уменьшается давящий и изгибающий момент в отношений оголовков свай.

Расчет оснований, фундаментов и подземных частей высотного здания необходимо выполнять по двум предельным состояниям: по несущей способности и по деформациям (осадкам, кренам, прогибам и пр.). Специфичным для таких зданий является требование, чтобы расчет системы основание – фундамент – надфундаментные конструкции выполнялся с учетом последовательности и принятой технологии возведения здания. В процессе проектирования, начиная с предпроектной стадии до начала строительства, необходимо разрабатывать программу мониторинга, предусматривающую обследование зданий окружающей застройки, их оснований и фундаментов.

На сегодня в России наиболее распространена технология устройства свайного или свайно-плитного фундамента глубокого заложения с выемкой грунта и монтажом заграждения по периметру («стена в грунте»). Она обеспечивает максимальную устойчивость конструкции и надёжную гидроизоляцию цоколя и подземных помещений и фундамента в целом.

Список литературы:

1. СП 1.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы» // URL: http://docs.cntd.ru/document/1200071143
2. Граник Ю. Г. Проектирование и строительство высотных зданий // URL:  http://www.uralstroyinfo.ru/?id=62&doc=221
3. СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» // URL: http://docs.cntd.ru/document/1200084538