Проектирование строительство подземных зданий сооружений. Проектирование технологии строительства подземных сооружений

Бурное развитие научно-технического прогресса способствует появлению передовых технологий во всех сферах общественной жизни. Демографическая ситуация, увеличение покупательской способности населения и не только обуславливают острую необходимость человечества в освоении дополнительного пространства для его жизнедеятельности. Земные глубины в этом смысле не исключение, а потому уже достаточно давно привлекли внимание ученых и промышленников, и даже простых людей, то есть нас с Вами.

Итак, сегодня мы хотим поговорить не просто о подземных зданиях – подвалах, цокольных этажах и подземных парковках торговых центров , а именно о сооружениях, размещаемых под землей – тоннелях, бункерах, резервуарах. Отличным наглядным примером подобных сооружений в г. Москве является метрополитен, занимающий огромные пространства и характеризующийся сложнейшими инженерными решениями. Своего рода прорывом в развитии транспортной инфраструктуры в свое время стало устройство автомобильных и железнодорожных тоннелей, проходящих сквозь горные массивы, что позволило решить проблему доступности населенных пунктов и укрепить взаимосвязи между ними.

Проектирование подземных сооружений во многом упростило выполнение дизайнерских задач, когда целые инженерные системы «прячут» под землю, не нарушая, таким образом, эстетический облик соответствующей территории. Более того, во многих зарубежных странах сегодня принято решение использовать подземные тоннели с инженерными сетями не только для транспортной разгрузки городов, но и для того, чтобы полностью отказаться от эксплуатации наземного пространства для устройства автомобильных трасс и железнодорожных коммуникаций. В их планах основной задачей становится расширение так называемых «зеленых зон» – парков, игровых и прогулочных площадок.

Предприятия гражданской обороны во всем мире с давних времен активно используют наработки инженеров-проектировщиков подземных сооружений. Примером может послужить строительство многочисленных бомбоубежищ, бункеров для секретных служб и лабораторий, в том числе и для выполнения задачи обеспечения безопасности в военное время. Многие промышленные производства, ввиду особенностей своей деятельности, не просто могут, но обязаны использовать подземные сооружения для хранения определенного перечня промышленных отходов (химические и радиационные), чтобы предотвратить их негативное воздействие на окружающую среду. С этой целью они возводят специальные резервуары, позволяющие обеспечить длительное и безопасное хранение вредных и взрывоопасных веществ.

Отдельно спроектированные парковки, не являющиеся подземным продолжением наземных зданий, также относятся к подземным сооружениям. Устройство подобных сооружений весьма распространено на территории нашей страны и особенно характерно для густозаселенных городов и районов.

Подземные сооружения представлены и менее масштабными примерами. Так, собственники частных домов в пределах своих земельных участков устраивают подземные бункеры (что характерно для американской действительности) или погреба для хранения консервации и иных вещей (речь идет не просто о вырытых землянках, а о грамотно запроектированных и устроенных погребах).

Итак, подземные сооружения имеют массу полезных характеристик, и благодаря им удается найти решение огромного разнообразия современных проблем, возникающих на уровне отдельных людей или целого государства. Однако если Вы планируете построить что-то подобное, то должны понимать, что проектирование такого объекта обойдется Вам гораздо дороже, чем разработка проекта наземного сооружения. Это обусловлено совокупностью факторов, связанных и с объемом инженерных изысканий, обязательных к проведению, и сложностью выполняемых расчетов, и оценкой влияния будущего сооружения на окружающие территории.

Процесс проектирования подземных сооружений в целом не отличается от проектирования наземных, если мы говорим об основных его этапах, а именно:

1. Сбор исходных данных.

2. Разработка проектной и рабочей документации.

3. Прохождение экспертизы разработанной документации.

Особенностью такого проектирования является объем инженерных изысканий и обследования прилегающей территории, изучение геологических и гидрологических особенностей местности, оценка влияния природных факторов. Так, дополнительно следует учитывать давление грунта, наличие грунтовых вод, глубину строительства и многое другое. Анализ исходной документации в конечном итоге и определяет вид и сложность будущих конструкций, а также особенности их устройства под землей.

Вы с уверенностью можете доверить нашим специалистам проектирование подземных сооружений любой сложности. Многолетний опыт наших сотрудников избавит Вас от необходимости решать различные проблемы, связанные как с проведением инженерных изысканий, так и поиском оптимальных технических решений для воплощения проекта в реальность.

Лекция 2

Технология в общем смысле – это порядок и приемы выполнения работ. Такое понимание вполне применимо и к рассматриваемым вопросам, в том числе к разработке ППР. Принятые в ПОС прогрессивные решения реализуются в виде эффективных технологий. При этом проектирование технологических цепочек ведут в обратном направлении, т.е. от забоя к поверхности.

Проект проходки ствола обычным способом разрабатывают в следующем порядке:

Выбирают рациональную для заданных условий технологическую схему и комплекс проходческого оборудования забоя;

Проектируют технологию работ по процессам, рассчитывают комплексную норму выработки, подбирают состав проходческой бригады, определяют продолжительность проходческого цикла и строят график организации работ в забое;

Рассчитывают техническую скорость проходки ствола, уточняют возможную производительность труда проходчиков и определяют полную стоимость 1 м ствола;

Проектируют оснащение поверхности ствола, рассчитывают подъем, транспорт породы на поверхности, вентиляцию, водоотлив, снабжение сжатым воздухом, освещение, сигнализацию и связь;

Разрабатывают мероприятия по безопасному производству работ.

Технические скорости проведения стволов буровзрывным способом следует принимать не ниже нормативных (для вертикальных стволов 55 м/мес., для наклонных 50 м/мес.). При проектировании стволов в породе f > 7, а также при специальных способах нормативную скорость проходки допускается уменьшать на 25 %.

Проектирование проходки ствола заканчивается составлением объектной сметы и подсчетом технико-экономических показателей: скорости проходки, производительности труда, полной стоимости проходки 1 м ствола. К проекту прилагают чертежи продольного разреза по стволу с размещением всего комплекса проходческого оборудования, поперечного сечения ствола на период его эксплуатации, а при необходимости также паспорт буровзрывных работ с расположением шпуров в двух проекциях.

После выбора схемы строительства ствола и детальной разработки технологии его проходки составляют проект проходки технологического отхода (участка) ствола, необходимого для размещения комплекса стволового проходческого оборудования. технологический отход часто бывает глубже устья и зависит от схемы проходки ствола и применяемого оборудования. При совмещенной схеме и комплексах КС-2у и 2КС-2у эту глубину принимают до 30 м, а при параллельно-щитовой схеме с соответствующим проходческим оборудованием – до 50 м. Основные задачи проекта следующие:

Разработка схемы проходки этой части ствола с соответствующим оснащением поверхности и забоя;

Определение объема работ и состава бригады;

Подбор оборудования для оснащения поверхности и составление ситуационного плана его размещения с учетом расположения оборудования для проходки самого ствола;

Построение линейного или сетевого графика проходки технологического отхода с учетом подготовительных работ, оснащения и технологических перерывов (например, монтаж нулевой рамы и др.);

Составление объектной сметы на строительство технологического отхода и определение технико-экономических показателей.

В состав проекта по армированию вертикальных стволов входят: установка расстрелов, навеска проводников, устройство и обшивка лестничных отделений, монтаж трубопроводов, монтаж несущих конструкций (кронштейнов или скоб для закрепления кабелей и трубопроводов, компенсаторов, посадочных балок, рам под подъемные сосуды и др.), схема производства работ по испытанию смонтированной армировки под нагрузкой.

Технические скорости армирования стволов принимают не менее нормативных, м/мес.: установка расстрелов и навеска жестких проводников – 300; навеска канатных проводников (в одну нитку) – 5000; прокладка трубопроводов (в одну нитку) – 2000.

Вертикальные стволы на различной глубине сопрягаются с вентиляционными и кабельными каналами, горизонтальными выработками и камерами. Объемы сопряжений по сравнению с объемами стволов невелики, однако вследствие большой трудоемкости работ рассечка сопряжения занимает 1-3 мес. Затраты труда на 1 м 3 сопряжения в 10-12 раз больше, чем на проходку 1 м 3 ствола. Технические скорости проходки околоствольных выработок в свету следует принимать не ниже 400 м 3 /мес.

В водонасыщенных неустойчивых, а также в обводненных скальных породах для проходки стволов применяют специальные способы.

Прогрессивным способом строительства вертикальных шахтных стволов является бурение. Его используют при отсутствии в геологическом разрезе карстовых пустот, значительной трещиноватости и других геологических нарушений, вызывающих поглощение промывочного раствора. Для бурения стволов в устойчивых и неразмокающих породах в качестве промывочной жидкости используют воду, а в устойчивых водонасыщенных, трещиноватых и кавернозных породах – химически обработанные глинистые растворы с минимальной водоотдачей.

В проекте на бурение ствола в зависимости от характера пород, диаметра и глубины ствола, степени его искривления принимают один из следующих способов возведения обделки: погружной, секционный или комбинированный. Тампонаж закрепного пространства при бурении стволов предусматривают в два приема: первичный и контрольный.

Сводный проект по строительству ствола включает всю графическую и текстовую документацию, относящуюся к порядку проектирования его проходки в обычных условиях, а также отдельные проекты, составленные на проходку участков ствола специальными способами. В заключение составляют сводный график строительства ствола.

Горизонтальные выработки в большинстве случаев являются основными частями подземного сооружения. Самыми распространенными представителями протяженных горизонтальных выработок являются тоннели (транспортные, гидротехнические, коллекторные и т.п.) и штольни, используемые в качестве подходных или вспомогательных выработок. К классу горизонтальных выработок относятся также подземные камеры – выработки, имеющие сравнительно большое поперечное сечение по отношению к своей длине (камеры насосных станций, затворов, трансформаторов, подземных бассейнов, машинных залов ГЭС, емкостей, монтажных камер и т.п.).

Исходными данными для проектирования технологии проведения тоннеля, штольни или камеры являются: длина выработки, форма и размеры поперечного сечения в свету и проходке; ситуационный план расположения выработки в комплексе подземного сооружения; геологические, гидротехнические и физико-механические данные о пересекаемых породах; заданная или нормативная продолжительность строительства выработки.

Для проведения тоннелей в зависимости от размеров и формы поперечного сечения, а также инженерно-геологических условий применимы разные способы: сплошного забоя, уступный и с поэтапным раскрытием профиля, опертого свода, опорного ядра и т.п. Способ проведения выработки и средства механизации выбирают на основании технико-экономического сравнения вариантов.

При проектировании проведения выработок протяженностью более 300 м и невозможности бурения по трассе подземного сооружения достаточного числа разведочных скважин предусматривают проведение опережающей штольни на всю длину в пределах поперечного сечения выработки или вне его.

Способ сплошного забоя рекомендуется принимать для проведения выработок высотой до 10 м с монолитной обделкой в скальных породах с f ³ 4. Временное крепление выработки при проведении в скальных монолитных (невыветрелых) породах с f ³ 12 не предусматривается, а в скальных трещиноватых (выветрелых) породах временная крепь обязательна.

Уступный способ принимают для проведения выработок высотой больше 10 м в скальных породах с f ³ 4 и высотой меньше 10 м в скальных породах с f = 2¸4. Обычно используют схему с нижним уступом.

Верхнюю часть сечения тоннеля при уступном способе проводят способом сплошного забоя. Его высоту принимают от 3 до 4 м с учетом размещения на нем обычного горно-проходческого оборудования и возведения свода при минимально допустимой высоте.

Нижняя часть сечения выработки при высоте больше 10 м проводится методом ступенчатого забоя или по ярусам, высота которых не должна превышать 10 и 5 м при f ³ 12 и 4 £ f < 12 соответственно.

Способы опертого свода или опорного ядра пригодны для коротких (до 300 м) выработок большого сечения при слабоустойчивых породах, требующих поэтапной разработки породы в сечении с одновременным временным креплением и последующим секционным возведением постоянной крепи (обделки).

Щитовой способ принимают в проектах на проведение протяженных (больше 150¸200 м) выработок в неустойчивых нескальных породах, а также в скальных выветрелых породах с большим горным давлением, требующих возведения обделки вслед за подвиганием забоя. Особенно широко щитовой способ используют в проектах на проведение перегонных тоннелей метрополитена и городских коллекторов в сочетании со сборной или монолитно-прессованной бетонной обделкой.

Проведение станционных тоннелей метро также можно проектировать щитовым способом. Однако в связи с небольшой их протяженностью (120-160 м), необходимостью сооружения монтажных и демонтажных щитовых камер, значительной стоимостью и продолжительностью монтажа и демонтажа проходческих щитов на проведении станционных тоннелей чаще применяют бесщитовую (эректорную) проходку.

Строительство камер высотой больше 10 м с обделкой предусматривают в следующем порядке: проводят сводовую часть выработки и возводят обделку свода, затем разрабатывают основной массив породы (ядро) камеры и возводят обделку стен.

Сводовую часть камеры пролетом до 20 м в устойчивых скальных породах с f > 8, как правило, проводят на полное сечение. При пролете больше 20 м в устойчивых скальных породах и независимо от пролета в скальных породах средней устойчивости (f = 4¸8) проектируют, как правило, проведение сводовой части с опережением центральной части сечения.

В среднеустойчивых скальных и полускальных породах (f < 4) проведение сводовой части камерных выработок часто проектируют способом опертого свода. При недостаточных сведениях об инженерно-геологических условиях строительства предусматривают проведение разведочно-дренажной (направляющей) выработки на проектную длину камеры.

При строительстве тоннелей или штолен ниже уровня подземных вод или при наличии под выработкой напорного водоносного горизонта необходимы специальные способы: искусственное понижение уровня подземных вод, замораживание, тампонаж или, в крайнем случае, проведение выработок под сжатым воздухом.

При длине тоннелей больше 500 м эффективно и безопасно использование щитовых проходческих комплексов с грунто- или гидропригрузом забоя в разнородных обводненных разноустойчивых грунтах.

Для проведения тоннелей в осушенных песчаных, супесчаных и суглинистых породах под железнодорожными путями, автомобильными дорогами и другими инженерными сооружениями в целях уменьшения возможной их деформации или земной поверхности предусматривают способы продавливания обделки, или создания опережающего защитного экрана методом микротоннелирования с последующей проходкой тоннеля.

Для строительства подземных хранилищ жидкого топлива и газа используют в мощных соляных отложениях, помимо обычных горно-строительных методов, растворение солей через скважины для образования подземных полостей.

Проектирование проведения горизонтальной выработки включает разработку проектов проходки ее основной части, монтажной и демонтажной камер, технологического отхода и завершается составлением сводного графика строительства и таблицы технико-экономичес­ких показателей. При этом сравнивают возможные варианты проведения горной выработки, сроки проведения, трудоемкость и стоимость.

Длина технологического отхода, необходимого для монтажа и размещения проходческого оборудования, может достигать 20-70 м. В его проектирование входят: выбор и разработка схемы проходки с соответствующим оснащением поверхности и забоя, расчет технико-экономических показателей, составление графиков организации работ и оформление чертежей.

Сводный проект горно-проходческих работ включает все решения по этапам строительства припортальных, основных и завершающих участков, сопряжений, пересечений с другими выработками и т.п. Сводный проект должен содержать сведения об объемах, сроках и стоимости выполнения работ.

В сводном проекте на общей схеме трассы подземного сооружения в сочетании с ситуационным планом местности указывают расположение участков подземных и открытых работ, строительных площадок и мест отвалов породы. В проекте определяют расстановку применяемых механизмов на участках, сроки их эксплуатации, режимы и объемы работ специальными способами.

В состав проекта входят схемы расположения механизмов и оборудования для обслуживающих процессов и создания необходимых температурно-влажностных режимов на период монтажа оборудования и до сдачи в эксплуатацию.

В пояснительной записке к проекту производства работ приводят обоснование принятых способов и скоростей проведения отдельных выработок, применения специальных способов работ, а также перечень сооружений, которые по условиям монтажа постоянного технологического оборудования требуют создания необходимого температурно-влажностного режима с указанием основных его параметров.

Открытый способ строительства подземных сооружений, при котором вскрытие выполняют котлованами или траншеями непосредственно с поверхности, обеспечивает возможность применения при выемке горных пород (грунтов) и возведения подземного сооружения комплексов высокопроизводительных машин и оборудования с поточной организацией строительных работ. Открытый способ используют при строительстве подземных сооружений любого назначения, закладываемых на небольшой глубине от поверхности земли под свободной от застройки территорией. Целесообразен открытый способ при строительстве станций метрополитена мелкого заложения и камер съездов, городских транспортных и пешеходных тоннелей, переходных участков от подземных линий метрополитена к наземным, при врезке горных тоннелей в пологие склоны и т.п.

В городских условиях, где трасса тоннеля метрополитена или коллектора пересекает жилые кварталы с большим числом зданий, сооружений и подземных коммуникаций, выбирают способ производства работ на основе технико-экономического сравнения вариантов. К недостаткам открытого способа строительства подземных сооружений относят:

· нарушение нормальной жизни города на длительный период;

· необходимость переноса значительной части инженерных сетей и коммуникаций, попадающих в зону производства работ;

· потребность в усилении фундаментов расположенных вблизи зданий и сооружений, а в некоторых случаях их сноса;

· устройство временных мостов через котлованы и водоотводов;

· значительные затраты материальных и трудовых ресурсов на восстановление дорожного полотна, коммуникаций, зеленых насаждений.

Выбор между котлованным и траншейным способами выполняют на основе технико-экономического сравнения вариантов. Если трасса проектируется по незастроенной территории или под широкой уличной магистралью, где тоннель занимает не всю ширину проезжей части или где целесообразно переключение движения городского транспорта на другую магистраль, возможно применение котлованов с естественными откосами пород.

В стесненных или неблагоприятных инженерно-геологичес­ких условиях применяют котлованы или траншеи с вертикальными стенами. Их устойчивость обеспечивают ограждениями разного вида: свайными, шпунтовыми, буросекущими сваями, «стеной в грунте» и т.п. Если перечисленные методы самостоятельно не решают задачу, их можно сочетать с искусственным замораживанием или тампонажем водоносных пород, водопонижением, устройством грунто-цементных завес и т.п.

При строительстве открытым способом перегонных тоннелей метро и других протяженных тоннелей высокие результаты могут быть получены при щитовом способе проходки со щитами прямоугольной формы и цельносекционной обделкой, возводимой при помощи подъемных кранов козлового типа. Применяемые при этом высокопроизводительные землеройные и другие машины и оборудование позволяют вести работы быстро и высокорезультативно, а поточная схема организации строительства и небольшая протяженность рабочего участка от головного до конечного пунктов (50-70 м) обеспечивают сравнительно быстрое восстановление нарушенной строительством территории города.

Наша компания разрабатывает проектную или рабочую документации на строительство подземных зданий и сооружений, таких как:

• Подземные части гражданских или промышленных зданий (подвалы и цокольные этажи, парковочные комплексы и технические уровни, и др.);
• Транспортные линейные объекты (переходы, проезды и пр.);
• Гидротехнические сооружения;
• Сооружения инженерной инфраструктуры (сети, коллекторы, трубопроводы и пр.);

Большое заглубление и небольшое давление под фундаментом подземного сооружения является главной особенностью таких сооружений. Давление под подошвой фундамента подземного сооружения, зачастую, бывает ниже давления от собственного веса грунта извлекаемого при отрывке котлована.

К другой особенности сооружений такого типа является, то что, в большинстве случае они располагаются ниже уровня подземных вод. Эта особенность является серьезным условием для проектирования и устройства подземного сооружения. К примеру, в силу небольшого веса и расположения ниже уровня грунтовых вод, в некоторых случаях, приходится дополнительно закреплять сооружение в грунтовом массиве от всплытия, что обеспечивается, к примеру, устройством грунтовых анкеров или свай.

В современной строительной практике существуют различные типы подземных сооружений, такие как сооружения мелкого заложения (до 15м глубиной), глубокого заложения (более 15м), линейные подземные сооружения, сооружения точечной застройки. Подземные сооружения могут сооружаться открытым способом в котлованах, или закрытым способом (технология "сверху-вниз"). Практикуется строительство подземных сооружений в естественных, пониженных рельефах, с засыпкой пазух низкого рельефа;

Подземные сооружения классифицирую по категориям, которые устанавливают в зависимости от уровня сложности сооружения, а также от сложности инженерно-геологических условий. Что интересно, категория сооружения должна быть “назначена” до начала проектирования и проведения изыскательских работ, так как от этого зависит состав и объем этих работ.

Наиболее сложная 3-я категория. Для этой категории требуются особо качественные инженерно-геологические изыскания, включающие подробные исследования грунтов и нестандартные полевые испытания. Также для проектирования 3й категории могут потребоваться нестандартные методы расчетов с применением особых моделей поведения грунта. Для 3й категории сложности всегда требуется выполнение геотехнического мониторинга и научно-технического сопровождения.

Инженерно-геологические изыскания

Для проектирования подземных сооружений требуется проведения особо качественных инженерно-геологических изысканий, в процессе которых подробно изучаются:

• Геологическое строение участка, его геоморфология;
• Гидрогеологические условия;
• Природные и инженерно-геологические процессы и явления;
• свойства грунтов и прогноз их изменений при строительстве, а также при эксплуатации объекта;
• Изучается возможность развития опасных геологических и техногенных процессов.

Нагрузки и воздействия

При проектировании подземных сооружений учитывают влияние и воздействие как существующей застройки на объект строительства, так и строительство объекта на окружающую застройку. При этом принимают во внимание любые нагрузки и воздействия способные повлиять на напряженно-деформированное состояние окружающего массива, такие как:

• Транспортные нагрузки;
• Технологические вибрационные нагрузки и воздействия окружающей застройки;
• Застройку окружающей среды и перспективу использования окружающего пространства;
• Необходимость переноса близлежащих сетей инженерно-технического обеспечения;
• Необходимость проведения работ по сносу или демонтажу окружающих строений, включая подземные сооружения;
• Необходимость усиления оснований или фундаментов близстоящих зданий или сооружений;
• Необходимость проведения археологических раскопок (в исторической части города);

Нагрузки и воздействия должны устанавливаться расчетом при рассмотрении совместной работы сооружения и основания. При этом коэффициенты надежности по нагрузки, коэффициенты сочетаний нагрузок, и пр, принимаются в соответствии со строительными нормами и правилами.

Исходные данные на проектирование

Так как проектирование подземных сооружения является особо сложной задачей в строительном проектировании, то для изучения, анализа и интерпретации исходных данных требуется высокая квалификация и опыт в проектировании и строительстве подземных сооружений.

Основное отличие исходных данных для подземных сооружений это их объем. По составу и содержанию принципиальных отличий нет, по сравнению с исходными данными на проектирование обычных фундаментов.

Таким образом, для проектирования подземных сооружений требуются:

• Техническое задание на проектирование;
• Результаты инженерных изысканий;
• Результатов обследования окружающей застройки;
• Проектной документации строящихся зданий и сооружений в зоне влияния строительства;
• Материалы предпроектной проработки;
• Исходно-разрешительная документация, вкл. ГПЗУ, технические условия и пр.;
• И прочее;

Срок давности (возраст) материалов исходных данных должен соответствовать требованиям законодательства в строительстве. Так, для результатов инженерно-геологических изысканий срок давности не должен превышать три года.

Проектирование подземных сооружений

В процессе проектирования необходимо рассматривать все возможные сценарии и проектные ситуации взаимодействия объекта с окружающей средой и грунтовым основанием, работу отдельных элементов сооружения при взаимодействии друг с другом.

Для каждой проектной ситуации выполняются комплексные расчеты по предельным состояниям, обеспечивающие надежное строительство и эксплуатацию сооружения, с целью реализации оптимальных и эффективных технических решений.

Принятие тех или других технических решений основывается на:

• Выполнении ряда серий комплексных аналитических и численных расчетов;
• Требованиях нормативно-правовых актов и строительных норм и правил;
• Проведении физического моделирования и/или натурных испытаниях объекта строительства.

При проектировании сооружения такого класса необходимо учитывать опыт проектирования и строительства объектов-аналогов.

СИСТЕМА НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ОСНОВАНИЯ, ФУНДАМЕНТЫ И ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

МГСН 2.07-01

Дата введения 2003-04-22

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. РАЗРАБОТАНЫ:

ГУП Научно-исследовательским, проектно-изыскательским и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений (НИИОСП) им. Н.М.Герсеванова Госстроя России - головная организация (руководитель работы доктор техн. наук, проф. Ильичев В.А., доктора техн. наук, профессора: Бахолдин Б.В., Коновалов П.А., Петрухин В.П., Сорочан Е.А., Шейнин В.И., кандидаты техн. наук Безволев С.Г., Буданов В.Г., Грачев Ю.А., Ибрагимов М.Н., Игнатова О.И., Колыбин И.В., Конаш В.Е., Лавров И.В., Мариупольский Л.Г., Михеев В.В., Никифорова Н.С., Скачко А.Н., Трофименков Ю.Г., инженеры Мещанский А.Б., Пекшев В.Г.);

Московским научно-исследовательским институтом типового и экспериментального проектирования (МНИИТЭП) (кандидаты техн. наук Максименко В.А., Дузинкевич М.С.);

АО Моспроект (инженеры Александровский В.С., Лавренев А.Н., Бершадский И.Ф.);

Моспроект-2 (инженеры Фадеев В.И., Ильин В.А.);

Институтом по изысканиям и проектированию инженерных сооружений (Мосинжпроект) (инженеры Панкина С.Ф., Самохвалов Ю.М., Казеева Н.К.);

Московским городским трестом геолого-геодезических и картографических работ (Мосгоргеотрест) (инж. Майоров С.Г., доктор геол.-мин. наук, проф. Зиангиров Р.С., инж. Николаев И.А.);

ФГУП "Центр методологии нормирования и стандартизации в строительстве" (инж. Еремеева В.В.);

Научно-исследовательским институтом строительной физики (НИИСФ) (доктор техн. наук, проф. Гулабянц Л.А.);

Ассоциацией "Стройнормирование" (инж. Дубиняк В.А.).

В подготовке материалов принимали участие:

Государственный проектно-изыскательский институт (ГПИИ "Фундаментпроект") (инженеры Михальчук В.А., Ханин Р.Е., кандидат техн. наук Пинк М.Н.), Московский государственный строительный университет (МГСУ) (доктор техн. наук, проф. Ухов С.Б., кандидаты техн. наук, профессора Дорошкевич Н.М., Семенов В.В., кандидат техн. наук Знаменский В.В.).

2. ВНЕСЕНЫ Москомархитектурой.

3. ПОДГОТОВЛЕНЫ к утверждению и изданию Управлением перспективного проектирования и нормативов Москомархитектуры.

4. СОГЛАСОВАНЫ Москомархитектурой, Мосгосэкспертизой, Управлением технормирования Госстроя России, Департаментом природопользования и охраны окружающей среды Правительства Москвы, Департаментом природных ресурсов по Центральному региону Министерства природных ресурсов Российской Федерации.

5. ПРИНЯТЫ И ВВЕДЕНЫ в действие постановлением Правительства Москвы от 22.04.03 г. № 288-ПП.

ВЗАМЕН МГСН 2.07-97.

ВВЕДЕНИЕ

Москва является одним из крупнейших мегаполисов мира. Ее население составляет около 10 млн. человек, а площадь - более 1000 км 2 .

Естественные и антропогенные процессы, происходящие на территории города, создают сосредоточенное воздействие на геологическую среду города, вызывая в ней необратимые изменения. Возникающие в геологической среде опасные процессы приводят к деформации зданий и сооружений, ускоренному разрушению подземных коммуникаций, резкому ухудшению экологической обстановки, увеличивается риск возникновения чрезвычайных ситуаций.

Инженерно-геологические условия значительной части территории Москвы являются сложными и неблагоприятными для строительства вследствие развития негативных геологических процессов, среди которых можно выделить: изменение гидрогеологических условий, в частности подтопление территории, карстово-суффозионные процессы, оползни, оседание земной поверхности.

Гидродинамические процессы, связанные с воздействием поверхностных и подземных вод, проявляются как в формировании депрессионных воронок, так и подтоплении, которое охватывает около 40% территории города.

Почти на всей территории города развиты техногенные отложения. В центральной части Москвы на поверхности залегают техногенные отложения средней толщиной около 3 м на водоразделах и до 20 м в понижениях рельефа. Для этой толщи характерны слоистость, наличие включений, каменистость, загрязненность рядом химических элементов, щелочность. Местами этот слой насыщен отходами строительного производства: цементом, бетоном, металлическими предметами и перекрыт асфальто-бетонным покрытием.

Следует также отметить загрязнение поверхностных слоев грунта города вредными для человека химическими элементами и другими отходами. Опасный уровень загрязнения отмечается на 25% территории города, главным образом в центральной и восточной его части.

Неблагоприятная инженерно- геологическая обстановка на территории Москвы, требует рассмотрения проблем экологического и геологического риска, что делает обязательным при проектировании и строительстве предусматривать мероприятия по снижению интенсивности развития опасных геологических процессов и повышению стабильности геологической среды. Разработка таких мероприятий должна производиться в составе проекта и основываться на результатах комплексного мониторинга состояния окружающей среды на стадии инженерных и инженерно-экологических изысканий. Эти изыскания должны выполняться по соответствующим нормативным документам. На их основе должны быть даны следующие прогнозы: 1) прогноз изменения физико-механических и фильтрационных свойств грунтов; 2) прогнозы техногенных изменений поверхностной и подземной гидросферы; 3) прогноз развития экзогенных геологических процессов, особенно в части специфических структурно-неустойчивых грунтов.

Мониторинг должен проводиться на стадии строительства и последующей эксплуатации. Этот мониторинг обеспечивает получение данных о ходе выполнения проекта и изменениях в окружающей среде, а для сложных объектов является также источником информации для принятия решений в ходе научного сопровождения строительства.

В настоящих территориальных строительных нормах на проектирование оснований, фундаментов и подземных сооружений дополнены действующие федеральные нормы проектирования с учетом условий г.Москвы. Приведенные в нормах требования являются обязательными для всех организаций, осуществляющих проектирование для Москвы, поскольку эти требования обеспечивают, как правило, более экономичные решения. Технические решения, которые не рассматриваются в настоящих нормах, должны приниматься по действующим федеральным нормам.

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1 Настоящие нормы разработаны для г.Москвы в соответствии с требованиями СНиП 10-01 в развитие федеральных нормативных документов в строительстве (СНиП 2.02.01 и СНиП 2.02.03) и распространяются на проектирование оснований и фундаментов вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений, заглубленных и подземных сооружений.

1.2 Нормы не распространяются на транспортные, гидротехнические и мелиоративные сооружения, магистральные трубопроводы и фундаменты машин с динамическими нагрузками, а также на подземные сооружения, устраиваемые закрытым способом.

СНиП 10-01-94 Система нормативных документов в строительстве. Основные положения

СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия

СНиП 2.01.15-90 Иженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования

СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений

СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты

СНиП 2.03.01-84* Бетонные и железобетонные конструкции

СНиП 2.05.03-84 Мосты и трубы

СНиП 2.06.07-87 Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения

СНиП 2.06.14-85 Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод

СНиП 2.06.15-85 Инженерная защита территории от затопления и подтопления

СНиП 3.01.01-85* Организация строительного производства

СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты

СНиП 3.06.04-91 Мосты и трубы

СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения

СНиП 22-01-95 Геофизика опасных природных воздействий

СП 11-102-97 Инженерно-экологические изыскания для строительства

СП 11-105-97 Инженерно-экологические изыскания для строительства (ч.I, II, III)

ГОСТ 12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 17623-87 Бетоны. Радиоизотопный метод определения средней плотности

ГОСТ 19804-79 Сваи железобетонные. Технические условия

ГОСТ 20276-99 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний

ГОСТ 23061-90 Грунты. Методы радиоизотопных измерений плотности и влажности

ГОСТ 24846-81 Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация

ГОСТ 27751-88 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету. Изменение № 1. БСТ № 3, 1994

МГСН 2.04-97 Допустимые уровни шума, вибрации и требования к звукоизоляции в жилых и общественных зданиях

ВСН 70-98 Организационно-технологические правила строительства (реконструкции) объектов в стесненных условиях существующей городской застройки

ВСН 490-87 Проектирование и устройство свайных фундаментов и шпунтовых ограждений в условиях реконструкции промышленных предприятий и городской застройки

Методика назначения объема инженерно-геологических изысканий в центре и серединной части г.Москвы, 2000.

Инструкция по проектированию и устройству свайных фундаментов зданий и сооружений в г.Москве, 2001.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЯ

4. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1 Инженерно геологические изыскания для строительства должны проводиться в соответствии с требованиями нормативных документов на изыскания и исследования строительных свойств грунтов и раздела 5 настоящих норм.

4.2 Результаты инженерно геологических изысканий должны содержать необходимые данные для обоснованного выбора типа основания, фундаментов, заглубленных и подземных сооружений, определения глубины заложения и размеров фундаментов и габаритов несущих конструкций подземного и заглубленного сооружения исходя из прогноза возможных изменений инженерно-геологических, гидрогеологических и экологических условий площадки в процессе строительства и эксплуатации, а также необходимые данные для оценки влияния строительства на соседние сооружения и окружающую среду.

4.3 Для определения объема работ при инженерно геологических изысканиях, проектировании и строительстве необходимо установить категорию сложности объекта строительства, которая зависит от его уровня ответственности (ГОСТ 27751) и сложности инженерно-геологических условий (СП 11-105).

4.4 Для установления категории сложности объекта вводятся три геотехнические категории: 1 (простая), 2 (средней сложности), 3 (сложная).

Геотехническая категория объекта строительства устанавливается до начала изысканий на основе анализа материалов изысканий прошлых лет и уровня ответственности сооружения. Эта категория может быть уточнена как на стадии изысканий, так и на стадии проектирования и строительства.

4.5 Геотехническая категория объекта 1 включает сооружения пониженного (III) уровня ответственности (приложение Л) в простых и средней сложности инженерно-геологических условиях, когда отсутствуют структурно-неустойчивые грунты и опасные геологические процессы.

Геотехническая категория объекта 3 включает, как правило, сооружения повышенного (I) и нормального (II) уровней ответственности в сложных инженерно-геологических условиях, а также устройство котлованов подземных и заглубленных сооружений в условиях плотной городской застройки.

4.6 Для сооружений геотехнических категорий 3 и сооружений повышенного уровня ответственности при геотехнической категории 2 следует предусматривать научное сопровождение проектирования и строительства и геотехнический мониторинг (см. раздел 14) для оценки надежности системы сооружение-основание, своевременного выявления дефектов, предотвращения аварийных ситуаций, оценки правильности прогнозов и принятых методов расчета и проектных решений.

4.7 В зависимости от геотехнической категории объекта применяются следующие методы, обеспечивающие ненаступление предельных состояний по несущей способности и по деформациям:

Прямой метод, в котором выполняются независимые расчеты для каждого предельного состояния;

Косвенный метод, в котором выполняется расчет для одного из предельных состояний с учетом показателей, подтверждающих, что другое предельное состояние маловероятно;

Эмпирический метод, в котором параметры фундаментов и несущих конструкций подземных сооружений назначаются на основе опыта проектирования и строительства в аналогичных условиях.

4.8 Расчеты по предельным состояниям должны проводиться с учетом усилий, воздействующих на основания и фундаменты на различных стадиях строительства и эксплуатации, при этом необходимо учитывать развитие деформаций оснований во времени, в том числе вследствие возможных опасных геологических процессов.

При проектировании следует учитывать уровень ответственности сооружения в соответствии с ГОСТ 27751 и приложением Л (настоящих норм) путем введения к нагрузке коэффициента надежности по ответственности g n .

Коэффициенты g n следует принимать:

Для I уровня ответственности - 1,0 (для уникальных сооружений - 1,2);

Для II уровня ответственности - 0,95;

Для III уровня ответственности - 0,9 (для временных сооружений - 0,8).

4.9 Необходимо также выполнять расчеты влияния проектируемого сооружения на окружающую застройку, включая все сооружения, попадающие в зону влияния нового строительства.

В том случае, если строительство объекта оказывает влияние на существующие здания и сооружения более высокой геотехнической категории, геотехническая категория проектируемого объекта должна быть повышена до геотехнической категории сооружения, на которое оказывается влияние.

4.10 При проектировании новых и реконструируемых зданий и сооружений необходимо учитывать воздействие вибраций, передающихся через грунт от промышленных и транспортных источников и строительных машин (МГСН 2.04).

4.11 При проектировании сооружений должны быть предусмотрены мероприятия, обеспечивающие инженерную экологическую защиту прилегающей территории, в том числе от подтопления, загрязнения грунтов и подземных вод промышленными и бытовыми стоками и пр., а также защиту близлежащих зданий и сооружений от недопустимых деформаций.

5. ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ

5.1 Инженерные изыскания на территории Москвы должны проводиться в соответствии с требованиями СНиП 11-02, СП 11-105 и ГОСТ 25100 и удовлетворять требованиям настоящих норм.

5.2 Изыскания помимо комплексного изучения инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства должны предусматривать проведение инженерно-экологических изысканий в соответствии с требованиями СНиП 11-02 и СП 11-102, при этом необходимо определять уровни радиоактивного, токсико-химического и бактериологического загрязнения грунтов и подземных вод, оценивать радоноопасность площадки строительства (СП 11-102).

5.3 Инженерные изыскания должны выполняться на основе технического задания на производство изысканий, выданного организацией-заказчиком. Формы технических заданий для нового строительства, при реконструкции существующих зданий и для подземных и заглубленных сооружений приведены в приложении А.

5.4 При проведении изысканий и анализе их результатов необходимо использовать материалы ранее выполненных изысканий. При этом следует учитывать срок проведения изысканий прошлых лет в связи с возможными изменениями гидрогеологических условий и свойств грунтов.

Техническое задание должно быть согласовано организацией, проектирующей основания, фундаменты и подземные сооружения (СНиП 11-02).

5.5 При составлении программы и проведении изысканий необходимо учитывать геотехническую категорию объекта строительства (пп.4.4 и 4.5). В зависимости от геотехнической категории объекта назначают методы испытаний грунтов для определения их расчетных характеристик.

5.6 Для объектов геотехнической категории 1 характеристики грунтов могут быть назначены по материалам изысканий прошлых лет, таблицам СНиП 2.02.01, результатам зондирования в соответствии с таблицами СП 11-105 и настоящих норм (приложение Б).

5.7 Для объектов геотехнических категорий 2 и 3 характеристики грунтов должны устанавливаться на основе непосредственных испытаний грунтов в полевых и лабораторных условиях:

Испытания штампом, прессиометром, зондированием - в полевых условиях;

Испытания на одноплоскостной срез, трехосное сжатие, одноосное сжатие (для полускальных и скальных грунтов), компрессию и фильтрацию, определение состава грунтов и воды - в лабораторных условиях.

В результате статистической обработки частных значений характеристик грунтов по ГОСТ 20522 должны быть вычислены их нормативные и расчетные значения.

Прочностные характеристики песков и глинистых грунтов допускается принимать при соответствующем обосновании по таблицам СНиП 2.02.01.

Несущую способность висячих забивных свай следует определять по данным статического зондирования грунтов в соответствии со СНиП 2.02.03 и настоящими нормами.

5.8 Для объектов геотехнической категории 3 дополнительно к требованиям п.5.7 должны быть определены состав и свойства специфических грунтов и проведены все необходимые исследования, связанные с развитием опасных геологических и инженерно-геологических процессов. Должны выполняться опытно-фильтрационные работы, стационарные наблюдения и другие специальные работы и исследования в соответствии с техническим заданием и программой изысканий, а также привлекаться специализированные научные организации.

Несущую способность забивных и буронабивных свай следует уточнять по результатам их испытаний статической нагрузкой.

5.9 При изысканиях для проектирования свайных фундаментов из висячих свай глубина проходки выработок и исследований грунтов должна быть не менее чем на 10 м ниже проектируемой глубины погружения свай, а для объектов выше 12 этажей половина всех выработок должна иметь глубину не менее ширины объекта.

Для свайно-плитных фундаментов глубина проходки выработок и исследований грунтов должна быть ниже концов свай на величину ширины плиты, но не менее чем на 15 м.

5.10 В качестве несущего слоя для свайных фундаментов на территории Москвы могут служить скальные грунты, пески разной крупности средней плотности и плотные, и глинистые грунты от твердой до тугопластичной консистенции.

5.11 Для подземных и заглубленных сооружений в зависимости от их особенностей и вида при полевых и лабораторных исследованиях физико-механических свойств грунтов по специальному заданию могут определяться дополнительные специфические характеристики, необходимые для расчетов оснований сооружений и их конструкций, а также применяться геофизические и другие методы.

5.12 Инженерно-экологические изыскания должны быть направлены:

а) на получение исходных данных о фактическом экологическом состоянии участка застройки, необходимых для проектирования и реализации мероприятий по приведению этого состояния в соответствие с требованиями санитарных норм;

б) на получение исходных данных, необходимых для проектирования и реализации мероприятий по противорадоновой защите зданий;

в) на оценку влияния строительства и эксплуатации сооружений на окружающую среду.

5.13 При изысканиях для реконструкции существующих сооружений необходимо выполнить следующие работы:

Установить изменение инженерно-геологических условий за период строительства и эксплуатации сооружения, включая изменение характеристик грунтов;

Установить характер и причины имеющихся деформаций сооружений;

Провести путем проходки шурфов обследование оснований фундаментов и состояния фундаментных конструкций;

Провести необходимые инженерно-геологические работы (бурение, зондирование, отбор монолитов из шурфов и скважин, лабораторные исследования и др.) для установления фактических характеристик грунтов.

Глубина шурфов должна быть на 0,5-1 м ниже подошвы вскрываемого фундамента. В шурфах монолиты необходимо отбирать непосредственно из под подошвы фундамента и из стенок шурфа.

При проходке шурфов должны быть выполнены мероприятия по предохранению грунтов основания существующих фундаментов от разрыхления, замачивания, промерзания и т.п.

5.14 К специфическим грунтам на территории Москвы относятся рыхлые пески, набухающие, пучинистые и слабые (текучепластичные и текучие) глинистые грунты, органо-минеральные, органические и техногенные грунты. Характеристики специфических грунтов должны определяться в результате непосредственных испытаний.

При наличии в основании сооружения водонасыщенных мелких и пылеватых песков, органо-минеральных и органических грунтов возможно проявление виброползучести, а для водонасыщенных пылеватых песков - плывунных свойств. В этих случаях необходимо проведение исследований по специальной методике.

5.15 К опасным геологическим процессам на территории Москвы относятся современные движения земной коры, эрозия, карстово-суффозионные провалы и просадки, оползни, подтопление, образование различных техногенных и других слабых грунтов и техногенных полей.

Схематические карты инженерно-геологического районирования территории Москвы по степени опасности проявления карстово-суффозионных процессов и по степени проявления оползневых процессов приведены в приложении В.

. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И УСТРОЙСТВЕ ОСНОВАНИЙ, ФУНДАМЕНТОВ, ПОДЗЕМНЫХ И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ

6.1 При проектировании и устройстве оснований, фундаментов, подземных и заглубленных сооружений должны быть учтены особенности экологической обстановки на участке строительства, дан прогноз ее изменения с учетом ожидаемого строительства и разработаны необходимые инженерные решения для защиты человека от вредных воздействий окружающей среды или улучшения экологической обстановки. При выборе вариантов проекта необходимо учитывать приоритетность решения экологических проблем факторы, ухудшающие условия жизни человека.

6.2 При разработке проектных решений должны быть решены, в зависимости от природных и градообразующих условий, противооползневые и водозащитные мероприятия, мероприятия по защите от проявления карста и грунтов от загрязнений, решены вопросы отвалов загрязненного грунта и сохранения растительного слоя (СНиП 2.01.15). При строительстве на радоноопасных площадках должна предусматриваться противорадоновая защита подземных конструкций (СНиП 22-01).

6.3 При оценке экологической обстановки необходимо учитывать возможное изменение уровня подземных вод на застраиваемой территории (понижение при откачке и за счет дренажа, подтопление от действия различных факторов), которое может вызвать деформации грунтового массива, опасные для существующих и строящихся зданий и сооружений.

6.4 При возможном поступлении к объекту строительства загрязненных поверхностных вод проектом должно быть предусмотрено строительство защитных сооружений с тем, чтобы исключить или уменьшить поступление загрязненных вод на площадку, их инфильтрацию в грунт, уменьшить или исключить эррозию грунта.

6.5 В проекте следует учесть влияние устройства противофильтрационных завес на изменение уровня и направления движения подземных вод, а также на возможные дополнительные деформации близрасположенных зданий и сооружений.

6.6 В проект строящегося объекта должен быть включен раздел по организации геоэкологического мониторинга в соответствии с разделом 14.

7. ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

7.1 Глубина заложения фундаментов должна приниматься согласно СНиП 2.02.01.

Расчетное сопротивление грунтов оснований R 0 для назначения предварительных размеров фундаментов, а для объектов геотехнической категории 1 для окончательных расчетов допускается принимать согласно приложению Г.

Значения R 0 для указанных выше условий могут быть определены также по результатам статического зондирования в соответствии с приложением Д.

7.2 Расчет деформаций фундаментов мелкого заложения производится по указаниям СНиП 2.02.01.

При необходимости разделения осадки на глинистых грунтах на мгновенную и осадку консолидации может быть использован метод, изложенный в приложении Д.

7.3 При расчете плитных фундаментов предварительный размер плиты принимается исходя из габаритов сооружения и из условия

p £ R 0 , (7.1)

где p - среднее давление по подошве плиты;

R 0 - расчетное сопротивление грунта основания (приложение Г).

7.4 При расчете плитного фундамента допускается не учитывать влияние на перераспределение усилий в фундаменте реактивных касательных напряжений по его подошве.

Допускается использование приближенных приемов учета нелинейных и неупругих деформаций основания и выполнение расчета плитного фундамента в предположении линейно-упругого деформирования материала фундамента и элементов надфундаментной конструкции.

7.5 Расчет системы основание-фундамент-сооружение следует выполнять с учетом последовательности возведения сооружения.

Допускается расчет системы основание-фундамент-сооружение выполнять как совместно, так и раздельно по элементам системы, используя метод последовательных приближений.

При расчете плитного фундамента допускается использовать расчетную схему основания, характеризующуюся переменным коэффициентом жесткости, учитывающим неоднородность в плане и по глубине и распределительную способность основания.

7.6 При необходимости улучшения прочностных и деформационных характеристик грунтов основания следует руководствоваться следующим.

При наличии в основании сооружений слабых грунтов (рыхлых песков, глинистых грунтов текучепластичной и текучей консистенции, органо-минеральных и органических грунтов), а также сильно набухающих грунтов применяются следующие мероприятия: грунтовые подушки, свайные фундаменты или песчаные сваи; при пылеватых и мелких песках рыхлых с плотностью сухого грунта до 1,65 т/м 3 - уплотнение грунтов; при несвязных грунтах с коэффициентами фильтрации более 0,5 м/сутки - различные методы закрепления грунтов; при наличии трещиноватых скальных грунтов - метод цементации.

7.7 Для объектов геотехнической категории 3 следует проводить опытные работы по преобразованию свойств грунтов выбранным методом.

7.8 Необходимая степень уплотнения грунтов устанавливается в зависимости от последующего использования уплотненных грунтов, нагрузок, передаваемых на них от сооружений, возможных изменений температурно-влажностного режима уплотненного грунта, климатических условий, условий производства работ и пр.

При отсутствии результатов лабораторных и полевых испытаний уплотненного грунта необходимую степень уплотнения, значения модулей деформации и расчетных сопротивлений оснований из уплотненных грунтов для объектов геотехнической категории 1 допускается принимать по приложению Е.

7.9 Инъекционное, буросмесительное закрепление грунтов и использование геокомпозитов с целью устройства фундаментов и подземных конструкций из закрепленных массивов допускается при применении способов, обеспечивающих необходимые прочностные и другие физико-механические свойства закрепленных грунтов.

Химически закрепленные грунты не армируются и не могут быть использованы как гибкие фундаменты и конструкции.

8. СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

8.1 Основными типами свай заводского изготовления, погружаемых тем или иным способом, применение которых эффективно при строительстве в Москве, являются:

Забивные железобетонные сваи квадратного сплошного сечения, погружаемые в основание забивкой без выемки грунта или в лидерные скважины;

Железобетонные сваи-оболочки (полые круглые), погружаемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта при соответствующем обосновании;

Винтовые сваи, состоящие из металлической винтовой лопасти и трубчатого металлического ствола (трубы) со значительно меньшей по сравнению с лопастью площадью поперечного сечения, погружаемые в основание завинчиванием в сочетании с вдавливанием;

Бурозавинчивающиеся сваи, представляющие собой металлическую трубу со спиральной навивкой, погружаемые в основание завинчиванием в сочетании с вдавливанием;

Вдавливаемые железобетонные сваи квадратного сплошного сечения и металлические трубчатые сваи, погружаемые в основание вдавливанием.

8.2 Номенклатура забивных свай и свай-оболочек приведена в приложении Ж, при этом для обоих типов выделены составные сваи и сваи-колонны.

8.3 Применение вместо традиционных железобетонных свай сечением 30х30 см свай большого сечения, полых круглых свай, свай-колонн, а также составных свай различного типа более эффективно. При этом следует принимать во внимание, что длина цельных свай ограничена 12 м по условиям их транспортировки в городе Москве.

При применении составных свай и наличии в основании слоя погребенного органо-минерального или органического грунта фундаменты должны быть запроектированы таким образом, чтобы стыки составных свай располагались на расстоянии не менее 3 м от подошвы слоя такого грунта.

8.4 Для винтовых свай диаметр винтовой лопасти составляет 40, 60, 80 и 100 см, наружный диаметр ствола - примерно в три раза меньше.

8.5 Для бурозавинчивающихся свай наружный диаметр металлических труб, используемых в качестве их стволов, составляет от 10 до 60 см, а длина не превышает 12 м. Спиральная навивка представляет собой непрерывный металлический стержень треугольного, квадратного или круглого сечения (например, арматуру) шириной (0,04-0,06)d , приваренный к металлической трубе с шагом (0,5-1,0)d , где d - наружный диаметр трубы.

8.6 Для вдавливаемых свай ширина грани железобетонных квадратных свай составляет 20, 25 и 30 см, а наружный диаметр металлических трубчатых свай изменяется в диапазоне от 15 до 32,5 см. Вдавливание таких свай (особенно металлических) может осуществляться отдельными секциями.

8.7 Основными типами свай, изготавливаемых непосредственно на площадке, применение которых эффективно при строительстве в городе Москве, являются:

Буронабивные железобетонные сваи сплошного сечения с уширениями и без них, устраиваемые путем бурения скважин, изготовления при необходимости уширения и последующего их бетонирования;

Буроинъекционные сваи, устраиваемые в пробуренных скважинах путем нагнетания в них (инъекции) мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора, либо буроинъекционные сваи РИТ, ствол которых формируется по разрядно-импульсной технологии электрическими разрядами.

8.8 Номенклатура буронабивных свай приведена в приложении Ж. Сваи должны изготавливаться из тяжелого бетона класса не ниже В15.

8.9 Диаметр буроинъекционных свай составляет от 15 до 25 см, длина - до 40 м.

8.10 Для уменьшения общей и неравномерной осадок сооружений с большой нагрузкой на фундамент следует при проектировании рассмотреть вариант использования комбинированного свайно-плитного фундамента, состоящего из железобетонной плиты, располагаемой на грунте у поверхности или, при наличии подземных этажей, у пола нижнего этажа, и жестко связанных с плитой свай. Применяются буронабивные сваи диаметром 0,8-1,2 м, а также квадратные забивные сваи сечением не менее 30х30 см.

Длину свай следует принимать от 0,5B до B (B - ширина фундамента), а расстояние между сваями - от 5 до 7 диаметров или ширин грани сваи в зависимости от геотехнической категории объекта, по результатам расчета.

Определение несущей способности свай

8.11 Несущая способность свай, за исключением бурозавинчивающихся, при применении расчетных методов определяется согласно требованиям раздела 4 СниП 2.02.03.

8.12 Несущую способность бурозавинчивающихся свай F d , кН, определяют по формуле

где g c - коэффициент условий работы свай в грунте, принимаемый

g c = 1;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, определяемое по формуле 8.2;

A - площадь поперечного сечения ствола сваи, брутто, м 2 ;

и - периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

f i - расчетное сопротивление i -го слоя грунта на боковой поверхности cваи, кПа, принимаемое по таблице 2 СНиП 2.02.03;

h i - толщина i -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

g cR - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, принимаемый g cR = 0,8;

g cf - коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, принимаемый равным 1,1 при погружении сваи с поверхности грунта в ненарушенный грунтовый массив, равным 0,8 - при погружении сваи в разрыхленный предварительным бурением грунтовый массив и равным 0,6 при погружении сваи в лидерную скважину.

Расчетное сопротивление грунта R следует определять по формуле

R = a 1 c 1 + a 2 g 1 h , (8.2)

где a 1 , a 2 - безразмерные коэффициенты, принимаемые по таблице 8.1 в зависимости от расчетного угла внутреннего трения грунта j 1 основания;

c 1 - расчетное значение удельного сцепления грунта основания, кПа;

g 1 - осредненное расчетное значение удельного веса грунтов, кН/м 3 , залегающих выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды);

h - глубина погружения сваи, м.

Таблица 8.1

8.13 Несущую способность всех видов свай по результатам полевых испытаний определяют по требованиям раздела 5 СНиП 2.02.03.

При использовании статического зондирования несущая способность свай может быть определена по указаниям пп.8.14-8.16.

8.14 Значение расчетного сопротивления (несущей способности) отдельной сваи в точке зондирования

КН, определяемое без использования данных о сопротивлении грунта на боковой поверхности зонда, вычисляется по формулам:

а) для забивной сваи

, (8.3)

где b 1 - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи, принимаемый по табл.8.2;

q c - сопротивление конуса зонда на уровне подошвы сваи, определяемое на участке 1d выше и 4d ниже подошвы сваи, кПа;

A - площадь подошвы сваи, м 2 ;

и

f i - среднее сопротивление i -го слоя грунта, кПа, принимаемое по табл.8.2 в зависимости от сопротивления зонда q c , МПа;

h i - толщина i -го слоя грунта, м;

d - диаметр сваи, м.

Таблица 8.2

б) для буронабивной сваи

, (8.4)

где R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по табл.8.3 в зависимости от среднего сопротивления конуса q c , кПа, на участке, расположенном в пределах от одного диаметра выше до двух диаметров ниже подошвы проектируемой сваи;

A - площадь опирания сваи на грунт, м 2 ;

и - периметр поперечного сечения сваи, м;

f i - среднее значение расчетного сопротивления грунта на боковой поверхности сваи, кПа, на расчетном участке h i сваи, определяемое по данным зондирования в соответствии с табл.8.3;

h i - толщина i -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, которая должна приниматься не более 2 м;

g cf - коэффициент, зависящий от технологии изготовления сваи и принимаемый:

а) при сваях, бетонируемых насухо, равным 1;

б) при бетонировании под водой, под глинистым раствором, а также при использовании обсадных инвентарных труб, равным 0,7.

Таблица 8.3

8.15 Несущая способность F d , кН, свай по результатам их расчетов по формулам (8.3) и (8.4), основанным на данных статического зондирования конусом, определяется как среднее значение из частных значений для всех точек зондирования, которых должно быть не менее шести.

8.16 При определении несущей способности сваи по результатам статического зондирования следует провести контрольный расчет в соответствии с п.8.11. При расхождениях в полученных значениях несущей способности свай более 25% следует провести статические испытания не менее 2 натурных свай.

8.17 В развитие п.5.4 СНиП 2.02.03 в случае, если число свай n , испытанных статической нагрузкой на вдавливание в одинаковых грунтовых условиях, составляет менее шести (3-5), следует использовать результаты статического зондирования для оценки коэффициента вариации опытных данных, и определять несущую способность по формуле

, (8.5)

где - среднее значение предельного сопротивления по испытаниям 3-5 свай;

F и - частное значение предельного сопротивления сваи;

g gs - коэффициент надежности по грунту, определяемый по результатам зондирования по формуле

g gs = 1 + V s , (8.6)

где V s - коэффициент вариации результатов зондирования, определяемый по формуле

, (8.7)

где F si и F s - соответственно частные и среднее значения несущей способности свай, определенные по результатам зондирования;

n s - число точек зондирования (не менее шести).

При двух испытаниях свай несущую способность следует принимать равной меньшему значению из результатов испытаний, а коэффициент надежности по грунту g g = 1.

Расчет осадок, кренов и горизонтальных перемещений свай и свайных фундаментов

8.18 Расчет осадки и крена свайного фундамента следует производить в соответствии с пп.8.19-8.33, а горизонтальных перемещений - в соответствии с п.8.34 и приложением К.

8.19 Расчет осадок свайных фундаментов (из отдельных свай, кустов свай) следует производить исходя из условия

s £ s и , (8.8)

где s - совместная деформация сваи, свайного фундамента и сооружения, определяемая расчетом;

s и - предельное значение средней осадки фундамента здания или сооружения, принимаемое по указаниям СНиП 2.02.01.

8.20 Осадку s 1 , м, одиночной висячей сваи определяют на основе решения, полученного численными методами, по формуле

где P - расчетное значение нагрузки на сваю, кН;

I S - коэффициент осадки, зависящий от отношения l /d длины сваи к ее диаметру (или стороне квадратной сваи) и от относительной жесткости сваи l = E p / E SL , где E p - модуль упругости материала сваи;

E SL - модуль деформации грунта, который в рассматриваемом решении следует определять на уровне подошвы сваи, если ниже подошвы сваи нет слабых грунтов, кПа;

d - диаметр или сторона квадратной сваи, м.

8.21 Коэффициент осадки в формуле (8.9) для сваи, принимаемой несжимаемой, определяют по формуле

Значения коэффициента I S для сжимаемой сваи принимаются по табл.8.4.

Таблица 8.4

8.22 При расчете осадки сваи значение модуля деформации грунта E SL определяется по результатам полевых испытаний грунтов сваей при применении на объекте более 100 свай.

При использовании результатов статического зондирования для расчета осадки принимаются значения модуля деформации E SL грунта в зависимости от сопротивления зондированию q c :

В песках - E SL = 6 q c ;

В глинистых грунтах при расчете буровых свай - E SL = 10 q c ;

В глинистых грунтах при расчете забивных свай - E SL = 12 q c .

8.23 Осадка куста свай при расстояниях между сваями (3-4)d определяется как осадка условного массивного фундамента на естественном основании согласно требованиям раздела 6 СНиП 2.02.03.

При расстояниях между сваями в кусте до 7d , при однородных или улучшающихся с глубиной грунтах основания расчет осадки куста свай выполняется по методике, учитывающей взаимовлияние свай в кусте (пп.8.24-8.27).

8.24 Осадка куста свай s G определяется по формуле

s G = s 1 R S , (8.11)

где s 1 - осадка одиночной сваи при принятой на нее нагрузке, определяемая по формуле (8.9), при этом нагрузка P принимается равной средней нагрузке на сваю в кусте;

R S - коэффициент увеличения осадки (п.8.25).

8.25 При использовании осадки одиночной сваи для проектирования свайных кустов и полей, следует учитывать, что осадка группы свай в результате их взаимодействия в свайном фундаменте увеличивается, что учитывается коэффициентом увеличения осадки R S (табл.8.5).

Таблица 8.5

Таблица 8.5 составлена для групп свай квадратной формы (см. графу 1 таблицы). Для групп свай прямоугольной формы следует руководствоваться тем, что они имеют одинаковую эффективность с квадратными группами при одинаковом расстоянии между сваями. Для прямоугольного фундамента значения R S принимаются при числе свай n (графа 1), равном квадрату намечаемого количества свай на короткой стороне фундамента.

8.26 Таблица 8.5 справедлива для свай, объединенных жестким ростверком, расположенным над поверхностью грунта или на слое относительно слабых поверхностных грунтов, когда ростверк практически не влияет на осадку группы свай.

При низком ростверке со сваями под отдельные колонны (кусты свай), не связанные общей плитой, значения R S в табл.8.5 могут быть уменьшены за счет работы ростверка, расположенного на грунте, в зависимости от отношения расстояния a между осями свай к их диаметру d :

при a /d = 3 - на 10%;

при a /d = 5-10 - на 15%.

8.27 Проверка расчетного сопротивления грунта основания подошвы свайного ростверка производится по указаниям СНиП 2.02.01.

8.28 Метод расчета осадки комбинированного свайно-плитного фундамента (КСП фундамента) приведен в приложении И.

8.29 Если под нижними концами свай залегают грунты с модулем деформации E sb ³ 20 МПа и доля временной нагрузки не превышает 40% общей нагрузки, осадку КСП фундамента допускается определять по формуле

s = 0,12 pB / E sb , (8.12)

где p - среднее давление на уровне подошвы плитного ростверка;

E sb - средневзвешенный модуль деформации сжимаемой толщи грунта под нижними концами свай, равной ширине ростверка B .

8.30 Проверка расчетного сопротивления грунта основания подошвы свайного ростверка производится по формуле (7) СНиП 2.02.01 на часть нагрузки, приходящейся по расчету на плиту, считая нагрузку равномерно распределенной по жесткому ростверку.

8.31 Выполненные расчеты осадки кустов свай и КСП фундаментов должны быть сопоставлены с расчетом их осадки как условного фундамента на естественном основании в соответствии со СНиП 2.02.03.

8.32 Крен прямоугольного свайного фундамента следует определять по формуле

,

где i 0 - безразмерный коэффициент, устанавливаемый по табл.8.6 в зависимости от 2h /L , где h - глубина погружения свай, и от отношения L /b ;

v - коэффициент Пуассона;

M - расчетный момент, действующий на фундамент;

g f - коэффициент надежности по нагрузке;

E - модуль деформации грунта в основании свай;

L и b - длина и ширина фундамента;

8.33 Крен круглого фундамента следует определять по формуле

где i 0 определяется по табл.8.7 в зависимости от отношения h /r , (r - радиус фундамента).

8.34 При расчете горизонтальных перемещений свай следует руководствоваться приложением 1 СНиП 2.02.03.

Для объектов II и III уровня ответственности расчет горизонтальных перемещений куста свай при жестко заделанных в ростверк сваях допускается выполнять по методу, приведенному в приложении К.

Таблица 8.6

Таблица 8.7

Примечание. В таблицах 8.6 и 8.7 значения i 0 для промежуточных значений h /L , L / b и h /r принимаются по интерполяции.

Проектирование свайных фундаментов, сооружаемых вблизи существующих зданий и сооружений

8.35 При проектировании свайных фундаментов зданий, которые должны возводиться вблизи существующих зданий и сооружений, необходимо учитывать:

Тип и конструкции фундаментов существующих зданий и сооружений, состояние их конструкций, а также наличие в них высокоточного оборудования, чувствительного к вибрации, вызываемой забивкой свай;

Допустимое расстояние от погружаемых забивкой свай до зданий и сооружений, которое должно назначаться не менее 20 м. Меньшее расстояние допускается принимать только по результатам пробной забивки свай с измерением фактических колебаний (ВСН 490-87);

Возможность подъема (выпора) поверхности грунта при забивке свай в кустах и свайных полях;

Возможность выжимания грунта из под зданий и сооружений при проходке вблизи них буровых скважин для буронабивных свай, что должно быть исключено за счет обсадки скважин и/или проходки их под глинистым (бентонитовым) раствором с сохранением уровня раствора на 2 м выше уровня подземных вод при их наличии.

9.1 Подземные сооружения в зависимости от соотношения основных размеров подразделяют на линейные (протяженные) и компактные.

9.2 К подземным сооружениям, возводимым открытым способом, относят устраиваемые:

В котлованах без ограждающих конструкций;

В котлованах с использованием временных ограждающих конструкций (шпунтов, забирок, нагельных креплений и пр.) и постоянных ограждающих конструкций ("стены в грунте", буросекущихся свай и пр.);

В котлованах с использованием специальных способов строительства (замораживания грунтов, закрепления грунтов и пр.);

Способом опускного колодца.

9.3 Объемно-планировочные решения подземных сооружений должны учитывать конструктивные и технологические особенности устройства сооружения.

Конструктивные решения подземных сооружений должны обеспечивать их геометрическую неизменяемость, наиболее благоприятную статическую работу, устойчивость положения и формы, прочность.

9.4 Программа инженерно-геологических изысканий для проектирования подземных сооружений I уровня ответственности должна составляться с привлечением специализированных организаций.

9.5 При инженерно-геологических изысканиях должны быть выявлены и изучены:

Тектонические и закарстованные структуры, разрывные и складчатые нарушения;

Ожидаемые водопритоки в котлованы и подземные выработки, величина напора в горизонтах подземных вод, наличие и толщина водоупоров и их устойчивость против прорыва напорных вод;

Наличие и распространение грунтов, обладающих плывунными, тиксотропными и суффозионными свойствами и виброползучестью;

Наличие и местоположение подземных сооружений, подвалов, тоннелей, инженерных коммуникаций, колодцев, подземных выработок, буровых скважин и пр.;

Динамические воздействия от существующих сооружений.

9.6 При строительстве подземных сооружений в котлованах с использованием постоянных ограждающих конструкций геологические скважины должны быть размещены по сетке не более 20х20 м или по трассе ограждающих конструкций не реже, чем через 20 м. Число скважин должно зависеть от категории сложности инженерно-геологических условий и составлять не менее пяти.

Инженерно-геологическое строение площадки должно быть изучено на глубину не менее 1,5+5 ì, ãäå- глубина заложения подошвы ограждающей конструкции, но не менее 10 м от подошвы ограждающей конструкции. На указанную глубину должно быть пройдено не менее 30% скважин, но не менее трех скважин.

При проектировании устройства подземных сооружений без ограждающих конструкций глубина скважин должна быть не менее 1,5+5 ì, ãäå- глубина котлована.

9.7 При проектировании подземных сооружений I уровня ответственности дополнительно к предусмотренным в 5.1.8 надлежит полевыми и лабораторными методами определять следующие физико-механические характеристики дисперсных и скальных грунтов:

Модуль деформации для первичной ветви нагружения и ветви вторичного нагружения(см. 5.5.31). Вторичное (повторное) нагружение следует выполнять для тех же диапазонов напряжений, что и первичное;

Коэффициент поперечной деформации . Для подземных сооружений II и III уровней ответственности расчетные значения коэффициентадопускается принимать в соответствии с 5.5.44;

Прочностные характеристики: угол внутреннего трения и удельное сцепление, определяемые для условий, соответствующих всем этапам строительства и эксплуатации подземного сооружения;

Предел прочности на одноосное сжатие для скальных и искусственно замороженных грунтов;

Удельные нормальные и касательные силы морозного пучения è;

Коэффициент фильтрации грунтов;

Классификационные характеристики массивов скальных пород: модуль трещиноватости , показатель качества породы, коэффициент выветрелости(ÑÍèÏ 2.02.02).

При обосновании изысканиями могут определяться по специальному заданию и другие физико-механические и классификационные характеристики грунтов.

9.8 При необходимости следует выполнять измерения напряжений в массивах горных пород и грунтов; опытные полевые работы по водопонижению, закреплению и замораживаванию грунтов, устройству буросекущихся свай и "стены в грунте", а также геофизические и прочие исследования.

9.9 Расчеты и проектирование подземных сооружений в условиях существующей застройки следует выполнять как для обеспечения прочности и устойчивости самих возводимых сооружений, так и для сохранения существующей застройки и окружающей среды.

9.10 При проектировании подземных сооружений следует учитывать уровень их ответственности, а также ответственности сооружений, на которые может оказывать влияние подземное строительство в соответствии с ГОСТ 27751.

В том случае если в зону влияния проектируемого подземного сооружения попадает существующее сооружение более высокого уровня ответственности, уровень ответственности проектируемого сооружения должен быть повышен до уровня ответственности сооружения, на которое оказывается влияние.

9.11 Расчеты подземных сооружений по первой и второй группам предельных состояний должны выполняться в соответствии с разделом 5 и включать определения:

Несущей способности основания, устойчивости сооружения и его отдельных элементов;

Местной прочности скального основания;

Устойчивости склонов, примыкающих к сооружению, откосов, бортов котлованов;

Устойчивости ограждающих конструкции;

Внутренних усилий в ограждающих, распорных, анкерных и фундаментных конструкциях;

Фильтрационной прочности основания, давления подземных вод на конструкции подземного сооружения, фильтрационного расхода;

Деформаций системы "подземное сооружение-основание".

При выполнении расчетов следует учитывать возможные изменения гидрогеологических условий, а также физико-механических свойств грунтов с учетом промерзания и оттаивания, явлений просадок, пучения и набухания.

9.12 При проектировании подземных сооружений, перекрывающих частично или полностью естественные фильтрационные потоки в грунтовом или скальном массиве, а также изменяющих условия и пути фильтрации подземных вод, следует выполнять прогноз изменений гидрогеологического режима площадки строительства.

Прогноз изменений гидрогеологического режима следует выполнять путем математического моделирования фильтрационных процессов численными методами.

9.13 При проектировании подземных сооружений в условиях существующей застройки следует выполнять геотехнический прогноз влияния строительства на изменение напряженно-деформированного состояния грунтового массива и деформации существующих сооружений.

Этот прогноз следует выполнять, как правило, путем математического моделирования с использованием нелинейных моделей грунтов численными методами.

9.14 При определении нагрузок и воздействий на основание и конструкции подземных сооружений к постоянным нагрузкам относят: вес строительных конструкций подземного или заглубленного сооружения и наземных сооружений, передающих нагрузку на него непосредственно или через грунт; давление грунтового массива, вмещающего сооружение, и подземных вод при установившейся фильтрации; усилия натяжения постоянных анкеров; распорные усилия и пр.

К временным длительным нагрузкам и воздействиям относят: вес стационарного оборудования подземных сооружений; давление подземных вод при неустановившемся режиме фильтрации; нагрузки от складируемых на поверхности грунта материалов; температурные технологические воздействия; усилия натяжения временных анкеров; нагрузки, обусловленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов и пр.

К кратковременным нагрузкам и воздействиям относят: дополнительное давление грунтов, вызванное подвижными нагрузками, расположенными на поверхности грунта; температурные климатические воздействия и пр.

К особым нагрузкам и воздействиям относят: сейсмические воздействия; динамические воздействия от эксплуатируемых линий метрополитена, транспортных сооружений или промышленных объектов; воздействия, обусловленные деформациями основания при просадках, набухании и морозном пучении грунтов и др.

9.15 При проектировании подземных сооружений I и II уровней ответственности следует предусматривать проведение мониторинга (раздел 14).

Должны быть предусмотрены инженерные мероприятия, обеспечивающие экологическую защиту прилегающей территории от подтопления, загрязнения подземных вод промышленными и бытовыми стоками и пр., а также по защите близлежащих сооружений от недопустимых деформаций.