При строительстве заглубленных и подземных сооружений в зону их влияния попадает существующая застройка. Проблема ее сохранения особенно актуальна в связи с широкомасштабной реконструкцией исторических центров крупных городов с освоением подземного пространства. При реконструкции городских центров со­оружаются отдельно расположенные подземные комплексы, в том числе транспортные, возводятся новые здания с подземной частью в условиях тесной городской застройки или реконструируются существующие здания с существенным понижением отметки пола подвала.

При этом выделяют собственно подземные сооружения, над верхней отметкой которых залегает толща грунта естественного сложения, и заглубленные сооружения. К подземным сооружениям следует отнести тоннели метрополитена, транспортные и коммуникационные тоннели. У заглубленных сооружений верхняя отметка находится на уровне поверхности земли. Заглубленными сооружениями чаще всего являются подземные гаражи, торговые комплексы, подземные переходы, подвалы зданий и т. п.

Другим отличием заглубленных и подземных сооружений может служить способ их устройства. Так, подземные сооружения устраиваются, как правило, закрытой (щитовой) проходкой, а заглубленные сооружения – открытым способом.

Влияние строящегося подземного (заглубленного) сооружения или реконструируемого объекта с подземной частью на окружающую застройку заключается в изменении напряженно-деформированного состояния массива грунта в основании существующих зданий от выемки грунта или нагрузок от соседнего здания, а также в возможном изменении гидрогеологического режима, что может привести к дополнительным осадкам из-за гниения голов свай в основании многих исторических памятников или вследствие суффозии и т. п. Кроме того, возможны дополнительные осадки рядом расположенных сооружений вследствие технологических воздействий от строительства (вибрации, динамических воздействий) или нарушения технологии производства работ.

При этом в зоне влияния подземного (заглубленного) сооружения оказываются здания, имеющие историческую, культурную или хозяйственную ценность. Возникает проблема обеспечения безопасности существующих исторических памятников, которые зачастую находятся в неудовлетворительном состоянии.

В качестве инструмента для обеспечения безопасности истори­ческой застройки предлагается геотехнический мониторинг. Под геотехническим мониторингом при возведении или реконструкции зданий (с устройством подземной части) вблизи существующих в условиях плотной городской застройки понимаются комплексная система наблюдений за состоянием самого строящегося здания или сооружения и его основания и фундаментов, а также окружающих сооружений, расположенных как выше, так и ниже дневной поверхности; оценка результатов наблюдений и разработка прогноза изменения состояния здания и окружающих его сооружений после завершения строительства в ближайший год и последующий период эксплуатации.

Принципиальные основы геотехнического мониторинга урбанизированных территорий при строительстве подземных (заглубленных) сооружений были разработаны нами впервые при реконструкции Манежной площади в Москве. Затем он был применен на ряде других московских объектов: при реконструкции здания старого Гостиного двора, Академического музыкального театра им. Станиславского и Немировича-Данченко, площади им. Гагарина в связи с прокладкой автодорожных тоннелей третьего транспортного кольца, при строительстве торгового центра «Берлинский дом», административных зданий и жилого дома с подземной автостоянкой по адресам: ул. Маросейка, вл. 6/8, ул. Малая Ордынка, вл.42., Слесарный пер., вл.3.

Принципиальные основы геотехнического мониторинга включают:

Нами было предложено включить в состав геотехнического мониторинга следующие блоки: расчетный, визуально-инструменталь­ный, контрольный, аналитический и проектно-конструктивный.

В ходе работ по геотехническому мониторингу нами были получены новые научные результаты. Одни из них связаны с определением дополнительных предельных деформаций строений, попадающих в зону влияния подземных (заглубленных) сооружений или реконструируемых с понижением отметки пола подвала. Критерием безопасности с точки зрения строителей для зданий являются величины дополнительных деформаций их оснований и фундаментов. Анализ наблюдений за осадками зданий в зоне влияния заглубленного сооружения на вышеупомянутых московских объектах позволил указать ориентировочные величины осадок, которые будут иметь здания в зависимости от категории состояния их конструкций и относительной удаленности от заглубленного сооружения (табл.1).

Таблица 1

Максимальные осадки окружающих зданий
S, мм

  В исторических центрах, как правило, расположены кирпичные многоэтажные здания с несущими стенами без армирования. Эти здания имеют некоторые особенности:

К таким зданиям не применимы требования действующего СНиП [2], регламентирующего осадки вновь строящихся объектов. Таблица прил. 5 [I], содержащая величины предельных дополнительных осадок для окружающей застройки, требует доработки и изменения. Существующие здания при откопке рядом с ними котлована реагируют на изменчивость разности осадок. Поэтому для рассматриваемых зданий нами предложен другой критерий оценки их безопасного состояния – кривизна поверхности фундаментов r, 1/см, характеризующая изменчивость разности осадок. Согласно СНиП [2], должно выполняться условие

S(x) < [S], (1)

где S(х) – максимальная осадка здания, см; [S] – предельно допустимая осадка для данного типа зданий, см.

Нами предлагается ввести величину r (x)≈ S´´(x), 1/см.

S´´(x)≈ .  (2)

На московских объектах нами были получены следующие величины кривизны подошвы фундаментов окружающей застройки (табл. 2).

Таблица 2

Кривизна подошвы фундаментов окружающих зданий r, 1/см 

*L – расстояние от здания до заглубленного сооружения; H – глубина заглубленного сооружения; ** определяется по табл. прил.4 [1]; *** n=1...6.

 Анализируя табл. 2, можно отметить, что трещины в конструкциях давно эксплуатирующихся кирпичных многоэтажных зданий с несущими стенами без армирования не возникают, если кривизна подошвы их фундаментов не превышает n x 10^-3 1/см. Величина r = n x х 10^-3 1/см рекомендуется в качестве предельно допустимой величины деформации для существующих зданий в районах исторической застройки, попадающих в зону влияния заглубленных сооружений.

Другой научный результат работ по геотехническому мониторингу получен при изу­чении характера развития осадок здания при сложной реконструкции с освоением подземного пространства на примере реконструкции здания старого Гостиного двора (СГД). Экспериментальным путем было установлено, что при опережающем темпе роста нагрузки по сравнению с темпом работ по усилению фундаментов сваями большая часть осадки происходит за счет работы фундаментов на естественном основании (до 90%) и лишь незначительная часть (до 10%) – за счет работы свайных фундаментов.

При этом зависимость интенсивности роста осадки от интенсивности роста нагрузки определялась типом работающего фундамента и видом грунта в его основании. Полученный материал по инструментальным наблюдениям за осадками СГД в течение всего периода его реконструкции уникален. Он представляет научную ценность и будет использован при прогнозировании деформаций зданий при сложной реконструкции, включающей изменение типа фундаментов, конструктивной схемы здания, его этажности и устройство заглубленного сооружения по пятну застройки.

Итогом работ НИИОСП им. Герсеванова по геотехническому мониторингу урбанизированных территорий при строительстве подземных сооружений явились следующие нормативные документы для Москвы:

1. Московские городские строительные нормы. Основания, фундаменты и подземные сооружения. МГСН 2.07–97. 1998. 136 с.

2. Инструкция по наблюдению за сдвижениями земной поверхности и расположенными на ней объектами при строительстве в Москве подземных сооружений. 1997. 73 с.

3. Рекомендации по проектированию и устройству оснований, фундаментов и подземных сооружений при реконструкции гражданских зданий и исторической застройки. 1998, 89 с.

4. Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции. 1998. 89 с.

5. Рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов при возведении зданий вблизи существующих в условиях плотной городской застройки. 1999. 55 с.

Выводы.

Итоги работ НИИОСП по геотехническому мониторингу урбанизированных территорий при строительстве подземных сооружений заключаются в следующем.

1. При реконструкции исторических районов Москвы с освоением подземного пространства был разработан состав геотехнического мониторинга.

2. Геотехнический мониторинг позволил обеспечить сохранность существующей исторической застройки в зоне влияния подземных (заглубленных) сооружений.

3. Получены новые научные результаты в части исследования характера развития осадок при сложной реконструкции зданий, а также при определении величин деформаций зданий в зоне влияния подземных (заглубленных) сооружений.

4. Предложен критерий дополнительных предельных деформаций окружающей застройки – кривизна подошвы фундаментов.

5. Разработаны пять нормативных документов для Москвы, включающих разделы по геотехническому мониторингу.

Список литературы

1. Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции / Правительство Москвы; Москомархитектура. М., 1998.

2. СНиП 2.02.01–83. «Основания зданий и сооружений». М., 1983.