Исследование эффективности применения защитных мероприятий для зданий в зависимости от конструкций. Снижение геотехнического риска при устройстве глубоких котлованов в городских условиях. Особенности геомониторинга при возведении подземных сооружений.
Аннотация к работе
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: · разработка составных частей геотехнического мониторинга и назначение на основе его результатов предельных дополнительных деформаций зданий, включающих дополнительный критерий деформаций для зданий вблизи глубоких котлованов - кривизну подошвы фундаментов; · установление степени влияния факторов, определяющих деформации оснований зданий в зоне глубоких котлованов: относительной удаленности зданий от котлована с учетом глубины заложения их фундаментов, типа ограждающих и распорных конструкций котлована, категории состояния конструкций существующих зданий, инженерно-геологических условий площадки строительства, на основе проведения наблюдений за деформациями оснований зданий в натурных условиях; Автор защищает совокупность научных положений, на базе которых разработаны методика прогнозирования деформаций зданий вблизи глубоких котлованов и назначения защитных мероприятий для зданий, попадающих в зону влияния глубоких котлованов и подземных выработок, включающую в себя: · положения о геотехническом мониторинге; · оценку факторов, определяющих величину деформаций зданий в зоне влияния глубоких котлованов: тип ограждающих и распорных конструкций; относительная удаленность здания от котлована с учетом глубины заложения его фундаментов; категория состояния конструкций существующих зданий; инженерно-геологические условия площадки строительства; А именно: изучение характера развития деформаций поверхности грунта (численным и экспериментальным методами) вблизи подземных выработок и глубоких котлованов без учета и с учетом существующих зданий, а также деформаций надземных конструкций зданий на искривленном основании; прогноз деформаций зданий вблизи глубоких котлованов и подземных выработок; проведение геотехнического мониторинга; дополнительные предельные величины деформаций для зданий, имеющих длительный срок эксплуатации; применение защитных мероприятий для зданий.В целях обеспечения сохранности существующей застройки вблизи глубоких котлованов и подземных выработок проведен комплекс экспериментальных и теоретических исследований по установлению закономерностей деформирования оснований зданий, на основе которых был разработан метод расчета их деформаций и рекомендованы защитные мероприятия. Разработаны основные принципы и состав геотехнического мониторинга строящихся и реконструируемых объектов с подземной частью и окружающих их зданий, включенные в «Свод правил по проектированию и строительству. На основе проведения натурных наблюдений за осадками зданий вблизи глубоких котлованов и методики полного факторного эксперимента с использованием линейной модели выявлены основные влияющие на осадки факторы: относительная удаленность зданий от котлована (m), тип инженерно-геологических условий, тип крепления ограждающей конструкции котлована (анкера, распорки из металлических труб, железобетонные перекрытия), категория состояния конструкций здания и вид ограждающей конструкции котлована, и установлена степень их влияния. На основе результатов численного моделирования предложены полуэмпирические зависимости осадок зданий от двух параметров: L - расстояния от здания до котлована и r - расстояние точки по длине здания, в которой определяется осадка основания. Устройство свай усиления в качестве защитных мероприятий для зданий вблизи котлованов и анкерного крепления их ограждающих конструкций недопустимо, так как это приводит к прогрессирующему росту осадок здания вследствие снижения несущей способности свай.
Вывод
В целях обеспечения сохранности существующей застройки вблизи глубоких котлованов и подземных выработок проведен комплекс экспериментальных и теоретических исследований по установлению закономерностей деформирования оснований зданий, на основе которых был разработан метод расчета их деформаций и рекомендованы защитные мероприятия.
При проведении исследований были получены следующие результаты: 1. Разработаны основные принципы и состав геотехнического мониторинга строящихся и реконструируемых объектов с подземной частью и окружающих их зданий, включенные в «Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. СП 50-101-2004» (М, 2005), и в действующие в Москве нормативные документы.
2. На основе проведения натурных наблюдений за осадками зданий вблизи глубоких котлованов и методики полного факторного эксперимента с использованием линейной модели выявлены основные влияющие на осадки факторы: относительная удаленность зданий от котлована (m), тип инженерно-геологических условий, тип крепления ограждающей конструкции котлована (анкера, распорки из металлических труб, железобетонные перекрытия), категория состояния конструкций здания и вид ограждающей конструкции котлована, и установлена степень их влияния.
3. Доказано, что наиболее значимым, является фактор m. Даны рекомендации по выбору ограждающей конструкции котлована в зависимости от исследованных факторов.
4. Предложен полуэмпирический метод расчета максимальных осадок зданий вблизи котлованов, базирующийся на данных натурных наблюдений. Рекомендованы поправочные коэффициенты к расчетным значениям осадок зданий, полученным по программе PLAXIS с использованием упруго-пластической модели Кулона-Мора в плоской постановке задачи.
5. Составлена таблица дополнительных предельных деформаций их оснований, содержащая дополнительный критерий их оценки - кривизну подошвы фундаментов. Таблица введена в МГСН 2.07.01 «Основания. фундаменты и подземные сооружения» (М., Правительство Москвы, 2003).
6. Установлены закономерности развития деформаций оснований бескаркасных зданий с давлением по подошве фундамента до 0,3 МПА вблизи котлованов глубиной 8…12 м на основе численного моделирования методом конечных элементов с использованием упруго-пластической модели грунтов Кулона-Мора в плоской постановке задачи, учитывающие удаленность здания от котлована, тип грунтовых условий, вид ограждения и крепления котлована.
7. На основе результатов численного моделирования предложены полуэмпирические зависимости осадок зданий от двух параметров: L - расстояния от здания до котлована и r - расстояние точки по длине здания, в которой определяется осадка основания. Разработана методика определения размеров зоны усиления и укрепления оснований и фундаментов здания вблизи котлована, положенная в основу компьютерной геотехнической программы.
8. В процессе натурных измерений изучены деформации различных конструкций ограждения котлованов при различных видах их раскрепления, грунтового массива I…III типов и совместных деформаций и оснований в зоне влияния котлованов.
9. Установлены особенности деформирования грунтового массива по сравнению с деформированием грунтового массива при других видах технологических воздействий (замачиванием просадочных, набухающих и засоленных грунтах и при подработке территорий).
10. Разработан экспериментально-аналитический метод расчета деформаций зданий вблизи глубоких котлованов.
11. Установлено, что сваи усиления более эффективны по сравнению с отсечными экранами котлованов. При усилении фундаментов сваями осадка здания вблизи котлована снижается в среднем на 60% (в плотных песчаных грунтах) - 40% (в глинистых грунтах), при устройстве отсечных экранов - на 30-15% соответственно.
12. На основе натурных наблюдений за осадками зданий в зоне влияния подземных выработок исследовано влияние устройства отсечных экранов различных конструкций (из бурозавинчивающихся, в том числе с устройством между ними буроинъекционных свай, из грунтоцементных свай) на осадки зданий и даны рекомендации по выбору их типа.
13. На основе натурных наблюдений установлены величины технологических осадок при устройстве защитных мероприятий для зданий: свай усиления, отсечных экранов различных конструкций и их комбинации.
14. Применение защитных мероприятий для зданий в виде свай усиления или отсечных экранов может вызвать осадку за счет технологии производства работ, сопоставимую с осадкой от влияния подземного сооружения, и превышающую нормативное значение осадки.
15. Устройство свай усиления в качестве защитных мероприятий для зданий вблизи котлованов и анкерного крепления их ограждающих конструкций недопустимо, так как это приводит к прогрессирующему росту осадок здания вследствие снижения несущей способности свай.
16. При проведении натурных экспериментов изучены деформации зданий вблизи котлованов, для которых реализованы защитные мероприятия из грунтоцементных свай и разработаны практические рекомендации по их применению.
17. При внедрении результатов исследований получен экономический эффект в ценах 2006 г. 4,615 млн. руб. при строительстве отеля Ритц Карлтон по ул.Тверская,3-5 и 7,532 млн. руб. при реконструкции здания Генеральной прокуратуры РФ по ул.Б.Дмитровка,15 в Москве.
18. Проведенные комплексные исследования являются существенным вкладом в решение проблемы обеспечения сохранности застройки, в том числе исторической, при освоении подземного пространства в Москве, имеющей важное хозяйственное и культурное значение.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах
1. Никифорова Н.С. Исследование факторов, влияющих на деформируемость намывных грунтов //Нефтепромысловое строительство -№9.-1980.-с.11-13.
2. Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Плоская задача о распределении деформаций в основании со слабым промежуточным слоем //Сб. тр. НИИОСП.- вып.78.- М., 1982. с. 121-128.
3. Никифорова Н.С. Опыт строительства зданий на основаниях со слоями торфа //Строительство на торфах и деформации сооружений на сильносжимаемых грунтах: Тр. Балт. конф. по механике грунтов и фундаментостроению.- т.1.- Таллин, 1988, с.245-248.
4. Никифорова Н.С.Мониторинг в геотехнике и требования к нему/ Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. Разд. 5. Гл. 4 - М.: ВНИИНТПИ, 2000. -с.135-144.
5. Никифорова Н.С., Внуков Д.А. Исследование эффективности применения отсечных экранов для защиты существующих зданий при прокладке вблизи них подземных коммуникаций. // Тр. межд.конф. по геотехнике, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга «Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство »Том 2.- С.-Пб., 17-19 сентября 2003.- с.173…178.
6. Никифорова Н.С.Защитные мероприятия для зданий вблизи глубоких котлованов. // Доп. к тр. междунар. научно-практ.семинара «Актуальные проблемы проектирования и строительства в условиях городской застройки».- Пермь.: Пермский гос. техн. университет.- 2005.-с. 9…14.
7. Никифорова Н.С. Снижение геотехнического риска при устройстве глубоких котлованов в городских условиях// Основания, фундаменты и механика грунтов.- № 5.- 2005.- с.12…16.
8. Никифорова Н.С. Прогноз деформаций зданий вблизи глубоких котлованов. // Вестник гражданских инженеров. С.-Пб.- №2(3).-2005.- с. 38-43.
9. Никифорова Н.С. Расчет осадок существующих зданий при возведении вблизи них объектов с подземной частью//Вестник гражданских инженеров.С.-Пб.-№2(7).-2006.-с. 55-58.
10. Никифорова Н.С., Коренева Е.Б. Экспериментально-аналитический метод расчета деформаций оснований зданий вблизи глубоких котлованов // Тр. межд. науч.-техн.конф. «Проблемы механики грунтов и фундаментостроения в сложных грунтовых условиях». Том 3-Уфа, 2006.- с.71 …76.
11. Nikiforova, N S and Bulgakov, I A Deformatons of the Retaining Structures of the foundations Trenches in Congested Urban Housing Environment in Moscow// Proc. of Int. Geotech. Conf. dedicated to the Year of Russia in Kazakhstan. - Almaty, Kazakhstan, 23-25 September 2004.- pp 343-347.
12. Nikiforova, N S & Vnukov, D A The use of catoff of different tipes as a protection measure for existing buildings at the nearby underground pipelines installation // Proc. of Int. Geotech. Conf. dedicated to the Year of Russia in Kazakhstan. - Almaty, Kazakhstan, 23-25 September 2004.- pp 338-342.
13. Ильичев В.А., Никифорова Н.С., Коренева Е.Б. Метод расчета деформаций оснований зданий вблизи глубоких котлованов//Основания, фундаменты и механика грунтов.-2006.- № 6.- с.2 -6.
14. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Бахолдин Б.В., Никифорова Н.С. Реконструкция фундаментов здания Старого Гостиного Двора в Москве и сопровождающий ее мониторинг//Основания, фундаменты и механика грунтов.-1998.-№ 4-5.- с.43 -46.
15. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Особенности геомониторинга при возведении подземных сооружений в условиях тесной городской застройки.//Основания, фундаменты и механика грунтов.-1999.- № 4.-с.20 -16.
16. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Геомониторинг - инструмент для обеспечения безопасности исторических памятников при их реконструкции. // Основания, фундаменты и механика грунтов.-1999.-№5.- с. 3 - 8.
17. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Строительство торгово-рекреационного комплекса на Манежной площади в Москве и защита окружающих памятников//Транспортное строительство.-1998.-№1.- с.23-25.
18. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Влияние строительства заглубленных сооружений на существующую историческую застройку в Москве // Основания, фундаменты и механика грунтов. -2001.-№ 4.- с.19…24.
19. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Исследование влияния строящихся заглубленных сооружений на деформации близрасположенных зданий // Основания, фундаменты и механика грунтов. -2002.-№ 4.- с.8…11.
20. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Прогноз деформаций зданий вблизи котлованов в условиях плотной городской застройки Москвы // Основания, фундаменты и механика грунтов.- 2004.- № 4.- с.17-21.
21. Ильичев В.А., Коновалов П.А., Никифорова Н.С. Деформации существующих зданий при строительстве заглубленных сооружений. // Тр. инст. «Научное издание. НИИОСП им.Н.М.Герсеванова -70 лет». - М.: Изд. дом «Экономика, строительство, транспорт», 2001.- с.253…263.
22. Ilyichev, V A, Konovalov, P A & Nikiforova, N S Management of the monitoring process when below-ground structures are built in Moscow.. // Proc. Int. Conf. «Responce of building to excavation-induced ground movements», 17-18 July, 2001, Imperial College.- London, UK: CIRIA.- p.1/11.
23. Ilyichev, V A, Konovalov, P A, Nikiforova, N S Geotechnical monitoring of urban building reconstruction during the underground construction // Proc. XVTH ISMGE. The 1st Int. Conf. of the Third Millenium.- Istanbul, 2001.-Vol 2. -pp 1347…1348.
24. Ilyichev, V A, Konovalov, P A & Nikiforova, N S. Underground construction impact on neighbouring buildings in Moscow// Proc. the 3rd Int. Symp. (IS-Toulouse 2002) «Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground», 4th Session Deep Excavation: Design and analysis.- Toulouse, France, 23-25 October, 2002. - pp 113-116.
25. Ilyichev, V A, Konovalov, P A, Nikiforova, N S Building with deep foundations and their impact on nearby structures in Moscow // Proc. the XIIITH European conf. on soil mechanics and geotechnical engineering..- Prague, Czech Republic», 25-28th August 2003.- Vol. 2. - pp191 - 196
26. Ilyichev, V A, Konovalov, P A, Nikiforova, N S and Bulgakov, I A Deformations of the Retaining Structures Upon Deep Excavations in Moscow// Proc. 5th Int. Conf. on Case Histories in Geotechnical Engineering.- New York, April 13-17, 2004.- paper 5.24.
27. Ilyichev, V A, Konovalov, P A & Nikiforova, N S Deformations of the buildings located near foundation trenches and underground excavationsand the messures for their reduction// Proc. the 16th ICSMGE- Osaka, Japan, September, 2005. - pp 1489-1492.
28. Ilyichev, V A, Koreneva, E B, Nikiforova, N S. Computing the evaluation of deformations of the buildings located near deep foundation tranches //Proc. the XVITH European conf. on soil mechanics and geotechnical engineering. Madrid, Spain, 24-27th September 2007 “Geotechnical Engineering in urban Environments”. Vol.2.- pp.581-585.
29. Никифорова Н.С. Сохраняя наследие.// Мир строительства и недвижимости (тема номера: высотное и подземное строительство).- 2008.- №24.- с.22-25.