Расчет оснований в строительстве высотных сооружений
Расчет оснований многоэтажных домов — сложная задача, требующая от инженеров-проектировщиков принятия во внимание большого количества условий, каждое из которых напрямую влияет на будущую несущую способность фундамента и надёжность высотного сооружения. Кроме того, проектировщики должны обладать исчерпывающими знаниями об особенностях грунта, добытыми с помощью штамповых испытаний и других методов зондирования.
Актуальность
Проблема расчёта оснований для многоэтажных зданий очень актуальная в настоящий момент, ведь Москва и Санкт-Петербург испытывают острую нехватку жилой застройки. Но начав работы, строительные компании сталкиваются с целым рядом проблем, главной из которых является геотехническая. К сожалению, грунт под обоими российскими мегаполисами, мягко говоря, далёк от идеального. Знаменитые нью-йоркские и чикагские небоскрёбы передают статическую нагрузку на однородные скальные пласты, в то время как в Санкт-Петербурге такое основание отсутствует полностью. Под Москвой если и есть слабодеформируемые скальные породы, то только на глубине 40-50 метров, да и те подвержены карстовым процессам. Строительным инженерам ничего не остаётся, кроме как возводить фундаменты с опорой на отложения, не отличающиеся высокими прочностными характеристиками. Именно поэтому у них не остаётся права на ошибку при расчете оснований.
Опыт прошлого и современные реалии
Многие люди, далёкие от проектирования искусственных оснований и строительства как такового, задаются вопросом, почему бы не спроецировать опыт возведения «сталинских высоток» на современные многоэтажные здания. Но не всё так просто: коробчатые фундаменты, которые легли в основу МГУ и других известных высотных сооружений, стало почти невозможно обустраивать по причине плотной городской застройки. Их площадь опирания слишком широка, чтобы вместить её в рамки узких московских улиц.
На сегодняшний день не существует единого нормативного документа, регламентирующего расчет оснований и фундаментов многоэтажных зданий. В каждом отдельно взятом случае технические условия составляются индивидуально. Что же касается геотехнических вопросов, то по сей день специалисты вынуждены обращаться к документам, большая часть из которых была составлена ещё во времена СССР. С тех пор этажность зданий и их общая масса существенно возросли, а плотность застройки ещё больше увеличилась. Использование старых методик расчета оснований может привести к неверному выбору типа фундамента, а иногда даже к аварийным ситуациям.
Нюансы геологоразведочных работ
За последние 15 лет российскими геологами был накоплен огромный опыт в области изысканий, предшествующих проектированию и строительству высотных сооружений. Одни только башни делового центра «Москва-Сити» и опыт сотрудничества с зарубежными коллегами продвинули методологию расчета оснований далеко вперёд.
Одна из главных проблем, с которыми геологи столкнулись при строительстве московских небоскрёбов, касается отсутствия строгих концепций интерпретации данных, полученных в ходе одометрических испытаний, а также методик определения механических характеристик грунта по показателям динамического и статического зондирования. Проблему пришлось решать методом обработки накопленных за последние годы экспериментальных данных с целью получения устойчивых зависимостей в диапазоне рабочих нагрузок. Так, например, для юрских отложений, характерных для Русской и Сибирской платформ, был предложен коэффициент перехода (m) от компрессионных к штамповым испытаниям. Он находится в прямой зависимости от коэффициента пористости грунта (e): чем выше пористость породы, тем меньше коэффициент перехода. При 0,9 < e < 1,1 коэффициент m будет составлять 3,8. При 1,5 < e < 1,7 коэффициент перехода будет составлять 3,2.
Особое внимание при расчете оснований под высотные сооружения должно уделяться стабилометрическим испытаниям. Вековой опыт американских коллег в области геологоразведки и проектирования искусственных оснований ясно указывает на необходимость проведения испытаний методом трёхосного сжатия. При этом очень важно сохранить исходный образец породы и смоделировать его напряжённое состояние. Для забора образца и его транспортировки лучше применять грунтоносы, сразу же помещающие породу в герметично закрывающуюся гильзу, оснащённую датчиками давления.
Долгое время осуществление штамповых испытаний на больших глубинах считалось невозможным или затруднительным, пока инженерами-геологами не была спроектирована особая конфигурация плоского штампа с выдвигающимися ножками. При этом измерения проводятся прямо над лопастью штампа, чтобы минимизировать погрешность от трения.