С опорой на толщу надежных известняков

Проектирование оснований и фундаментов (ОФ) зданий и сооружений многофункционального высотного комплекса Московского международного делового центра (ММДЦ) «Москва-Сити» представляет собой сложную инженерную задачу. Для ее решения требуется комплекс геотехнических мероприятий и расчетов, всесторонне учитывающих конкретные условия строительства, влияющих на выбор надежного и рационального типа и конструктивных решений ОФ. Залогом успешного выполнения этой задачи является участие высококвалифицированных специалистов-геотехников – уже на этапе архитектурного замысла – в формировании геотехнически обоснованных конструктивных решений зданий.

ММДЦ «Москва-Сити» – самый масштабный российский проект последних десятилетий в области высотного и подземного строительства. Проблемы и задачи, возникающие при его реализации, в целом охарактеризованы в работах. На участке № 2–3 ММДЦ «Москва-Сити» запроектировано здание многофункционального комплекса «Московский дворец бракосочетаний» (МДБ) с высотной офисной башней (250 м, 45 надземных этажей) размером в плане ? 50 ? 50 м, окруженной красивым стилобатом со стеклянным атриумом, расположенным на еще более развитой в стороны 4-этажной подземно-подиумной части.

Представленная башня имеет эффектную форму двойной спирали (по замыслу архитекторов – «танцующей пары»), обуславливающей дополнительное возникновение крутящих усилий в несущем стволе здания в результате ветровых воздействий. Положение центрального ядра и внутренних колонн по всей высоте башни не меняется. Внешние угловые колонны следуют за направлением изгиба спирали и передают на подземную часть значительные внецентренные нагрузки.

Мировая практика показывает, что для обеспечения устойчивости и прочности высотного здания следует предусмотреть существенное заглубление фундаментов в грунтовое основание и значительную пространственную жесткость несущего каркаса. Для такой конструктивной схемы здания наиболее важными показателями его деформаций являются крен, неравномерные осадки и, в меньшей степени, абсолютная осадка.

Допустимые величины этих показателей обеспечивают возможность нормальной эксплуатации высотного здания. Определение расчетных показателей деформаций и разработка фундаментных конструкций высотного здания осуществляются на основе расчетного моделирования взаимодействия фундамента с грунтовым основанием и надфундаментным высотным строением. Проблемы, возникающие при проектировании ОФ высотных зданий, подробно описаны в работах.

Они обусловлены в целом тем, что рост этажности сооружения, увеличение его заглубления и размеров в плане приводит к качественным изменениям процесса формирования напряженно-деформированного состояния (НДС) основания, конструкций фундаментов и здания, а также совместной работы всей системы в целом. Заложенные в действующих российских нормативных документах методы изысканий и расчетов ОФ были разработаны и апробированы строительной практикой СССР и РФ для обычных зданий до 25-ти этажей.

При этом указанные методы вобрали в себя огромный ряд эмпирических правил и зависимостей, соответствующих параметрам обычных зданий. В этих условиях проектирование ОФ высотных зданий должно осуществляться по индивидуальным специальным техническим условиям и при сопровождении геотехнической научно-исследовательской организации. Для обеспечения допустимых деформаций высотных зданий при строительстве предпочтение отдается участкам, где на приемлемой глубине залегают однородные и прочные горные породы или малосжимаемые грунты.

Фундаменты знаменитых небоскребов Чикаго и Нью-Йорка опираются на однородное прочное скальное основание, залегающее на сравнительно небольшой глубине (менее 10 – 20 м). Для Москвы в целом характерно достаточно глубокое (свыше 30 – 40 м) залегание скальных пород и относительно низкие их механические характеристики, существенная неоднородность, трещиноватость и подверженность карстово-суффозионным процессам верхних горизонтов известняков.

Характерной геологической особенностью района строительства зданий и сооружений ММДЦ «Москва-Сити», влияющей на выбор типа ОФ, является залегание (сверху вниз) под неоднородными современными техногенными (tQIV) и аллювиальными (aQIV) отложениями общей мощностью 10 – 25 м переслаивающихся литологических толщ каменноугольной системы верхнего (перхуровские С3pr и/или ратмировские известняки С3rt мощностью 3,3 – 6,8 м, неверовские С3nv и воскресенские С3vs глины и мергели мощностью 4,1 – 12 м, суворовские С3sv известняки, глины и мергели мощностью 6,8 – 9,5 м) и среднего (подольско-мячковские С2pd-mc известняки разведанной мощностью до 50 м) стратиграфических отделов.

Степень трещиноватости скальных пород изменяется от сильной у перхуровских и ратмировских известняков до в основном средней и реже слабой у суворовских и подольско-мячковских. Известняки кавернозны и в верхних горизонтах имеют многочисленные нескальные прослойки и линзы. Основные показатели физико-механических свойств грунтов разведанной толщи приведены в таблице. Параметры нормативного условия прочности Мора-Кулона (угол внутреннего трения ?, удельное сцепление с) трещиноватых известняков, непосредственно характеризующие их прочность в природном залегании, были определены изыскателями по специальным техусловиям и техзаданию, разработанным НИИОСП.

При обычных изысканиях вместо указанных параметров прочности по данным лабораторных испытаний малогабаритных образцов скального грунта определяют лишь величину ее предела на одноосное сжатие Rс, косвенно характеризующую прочность трещиноватого массива. Малые размеры образцов, искусственно отбираемых из качественной, нетрещиноватой части кернов, не позволяют учесть влияние трещиноватости массива на его прочность. Подземные воды участка представлены 4-мя водоносными горизонтами: надкаменноугольным (аллювиально-перхуровским), ратмировским, суворовским и подольско-мячковским. Горизонты различаются по режимам фильтрации подземных вод, величинам напоров и водопроницаемости грунтов.

Полную версию статьи Вы можете скачать здесь

 

Текст ВАЛЕРИЙ ПЕТРУХИН, доктор техн. наук, директор института,
ОЛЕГ ШУЛЯТЬЕВ, канд. техн. наук,
СТЕПАН БЕЗВОЛЕВ, канд. техн. наук, ст. научный сотрудник,
ИГОРЬ БОКОВ, инженер, мл. научный сотрудник. (НИИОСП им. Н. М. Герсеванова)