Т. И. Подгорная Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, Россия Развитие городов и геотехническое строительство. Труды международной конференции по геотехнике. С-петербург, 16-19 июня, 2008. Том С
| Вид материала | Документы |
- Черевко Марина Александровна аспирант гоу впо «Тихоокеанский государственный университет», 181.09kb.
- Цель конференции: научное и практическое осмысление вопросов совершенствования высшего, 90.43kb.
- Изменение социальных функций и ролевых отношений в семьях с детьми с ограниченными, 347.92kb.
- Социализация личности через освоение профессионального языка в социальном институте, 312.74kb.
- Г. Санкт-Петербург, Россия 2-4 июня 2011, 78.31kb.
- Победители III международной Пироговской студенческой научной медицинской конференции, 276.72kb.
- Министерство образования Российской Федерации Казанский государственный технологический, 574.04kb.
- Программа конференции IX международной конференции кулики в изменяющейся среде, 98.77kb.
- Труды международной научно-практической интернет-конференции, 6066.9kb.
- Evolution of the development of the sects and non-traditional religious motions, 110.64kb.
-
АННОТАЦИЯ. При размещении уникальных архитектурных комплексов, отдельных высотных зданий, а также при освоении подземного пространства в городах Дальнего Востока градостроители должны учитывать специфические особенности природной геологической среды в каждой части города. В статье выполнен анализ современного состояния геологической среды на различных площадках строительства высотных зданий и подземных сооружений в Хабаровске. Важно своевременно оценивать неоднородности геологической среды, опасность и риск развития геологических процессов, способность грунтов выдерживать значительные нагрузки и воздействия в процессе строительства и эксплуатации объектов.
.
Комплексная оценка состояния геологической среды как основа безопасности при высотном и подземном строительстве в условиях Дальнего Востока России
Т.И. Подгорная
Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, Россия
Развитие городов и геотехническое строительство. Труды международной конференции по геотехнике. С-Петербург, 16-19 июня, 2008. Том 4. С. 525-530
Инженерно-геологические проблемы высотного строительства
Современные города Дальнего Востока растут, хорошеют, устремляются ввысь, формируют подземные этажи. В Хабаровске и Владивостоке, Благовещенске и Комсомольске-на-Амуре создаются уникальные архитектурные ансамбли. Появляются оригинальные архитектурные сооружения высотой 20-30 этажей, которые становятся "визитной карточкой" города.
Хабаровск, став столицей Дальневосточного федерального округа, украшается высотными зданиями, достигающими 85-100 м. В центральной части города это и Преображенский Кафедральный собор, и новые каркасно-монолитные жилые дома с офисами, и гостиница высотой более 100 м, и комплекс 16-27 этажных зданий "Казачья гора". В связи с тем, что такие объекты возводятся в сложных инженерно-геологических и климатических условиях, особые требования предъявляются к обеспечению устойчивости фундаментов, конструктивных элементов и в целом безопасности сооружений. Негативное влияние на "высотки" оказывают также характерные для дальневосточного региона сильный ветер и резкие перепады температуры воздуха.
При обосновании высотного строительства производится комплексный анализ и оценка современного состояния геологической среды территории и прогноз ее изменений, произошедших под влиянием техногенных воздействий за длительное время. На начальном этапе проектирования используются карты инженерно-геологических условий масштаба 1:10 000 и 1:25 000 и обзорные инженерно-геологические разрезы (рис.1).
Рис. 1. Фрагменты инженерно-геологический разрезов территории Хабаровска. Геолого-генетические комплексы: 1 - техногенные отложения: отвалы грунтов, отходы производства, строительный и бытовой мусор (tQ4); 2 - аллювиально-озерные отложения: глины, суглинки (alQ2); 3 - делювиальные отложения глины, суглинки, щебень, дресва (dQ); 4 - древние терригенные отложения: глины, суглинки с дресвой, щебнем, пески с гравием и галькой (N2 -Q1); 5 - угленосные отложения: глины, суглинки, пески, бурые угли, гравий, галька (P3 - N1); 6 - элювиальные образования: дресва, щебень, супесь, суглинки, глины, (eP1-2); 7 - глинисто-кремнистые сланцы, песчаники и др. (P1-2). Подземные воды: 8 - границы распространения воды: а - верховодки и техногенных вод; б - выдержанных водоносных горизонтов. Прочие знаки: 9 - границы инженерно-геологических комплексов; 10 - скважина и ее номер.
В дальнейшем по результатам инженерных изысканий непосредственно на выбранной для строительства площадке выполняется прогноз воздействия высотного здания на сложившуюся геотехническую систему на конкретном участке города. В процессе изысканий детально изучаются особенности микрорельефа, состав и условия залегания грунтов их физико-механические свойства, наличие подземных вод, опасных геологических процессов, степень сейсмической опасности.
Рассмотрим особенности состояния геологической среды ряда объектов высотного и подземного строительства в Хабаровске, установленные на холмистой и равнинной территории по результатам инженерно-геологических исследований, выполненных с участием автора в 2000-07 гг.
- Условия строительства на холмистой территории
Исторический центр Хабаровска сформировался более 150 лет назад на холмистой территории на побережье Амура. Уникальное сооружение – Преображенский Кафедральный собор построен в г. Хабаровске в 2004 г. на вершине и склоне холма (рис. 1, 2). Высота здания от поверхности земли до верхней точки составляет 93 м. Глубина заложения подвала 8 м. Тип фундамента – свайный, длина свай 18 м. В результате изыскательских работ с участием автора установлен неоднородный состав грунтов и сложный характер их залегания в основании проектируемого собора.
Рис. 2. Преображенский Кафедральный собор
Выявлено несколько горизонтов подземных вод. Для проектирования и строительства собора дана оценка современного состояния геологической среды, проанализированы старые и новые топографические планы, свидетельствующие об изменениях рельефа на участке строительства за 140-летний период времени. Был обнаружен глубокий погребенный овраг. Существенные изменения геологической среды в результате освоения территории, вызвали формирование комплекса неблагоприятных природно-техногенных геологических процессов (табл. 1). Наибольший риск для высотного сооружения представляли техногенный литогенез, подтопление и оползневые деформации. около 60 % территории, отведенной для строительства собора, находилось в зоне риска оползневых деформаций. При крупномасштабных техногенных воздействиях в ходе строительства собора вдоль погребенного оврага прогнозировалось формирование глубокого многоярусного структурно-пластического оползня-потока площадью около 1,2 га. Архитекторы и проектировщики и ФГУП "Хабаровскгражданпроект" были предупреждены о возможности возникновения техногенного оползня.
Таблица 1. Оценка состояния геологической среды площадки строительства Преображенского Кафедрального собора
| Литологический состав грунтов (интервал глубин) | Подземные воды | Геологические процессы |
| 0–11 м Техногенные отложения: слежавшиеся и рыхлые строительные и бытовые отходы, водонасыщенные песчаные, глинистые и крупнообломочные грунты | Техногенный водоносный горизонт в насыпных грунтах в интервале глубин 2–11 м | Техногенный литогенез Овраги Оползни Подтопление Струйчатая эрозия |
| 0,5 – 12-20 м Делювиальные отложения: суглинки твердые и тугопластичные с прослоями глины полутвердой и дресвяного грунта. Слои залегают наклонно. Общая мощность 12–20 м | Верховодка в делювиальных глинистых грунтах на глубине от 3,8 до 14–18 м | |
| 20–25 м Терригенные отложения: суглинки твердой консистенции с включениями щебня от 15 до 49 %. Общая мощность 1,9–4,5 м | Трещинные воды на глубине более 20 м | |
| 20-30 м Чередование крутопадающих под углом до 70о слоев дресвяного грунта с суглинистым заполнителем до 40 %, суглинка твердого дресвянистого, глинистых сланцев средней прочности и малопрочных, |
Комплексная информация своевременно была учтена при обосновании характера застройки, выборе свайного типа фундаментов и приемов инженерной защиты сооружения от оползневой опасности. Существенное значение при выборе свайного типа фундамента имело наличие мощной толщи неоднородных техногенных отложений и делювиальных глинистых грунтов, физико-механические свойства которых приведены в (табл.2). Ослабленными (оползнеопасными) зонами являлись слои тугопластичных суглинков.
Таблица 2. физико-механические свойства грунтов на холмистой территории Хабаровска
| Вид грунта (dQ) | Показатели свойств грунта | |||||||
| W % | Ip | IL | г/см3 | e | С, КПа | | ||
| Глина с включ. | твердая | 23 | 20 | <0 | 2,01 | 0,69 | 84 | 25 |
| Суглинок с включ. щебня | твердый | 20 | 13 | <0 | 2,02 | 0,61 | 69 | 27 |
| тугопл. | 24 | 12 | 0,35 | 2,01 | 0,66 | 43 | 22 | |
| Супесь | плас-тич. | 22 | 6 | 0,16 | 2,05 | 0,61 | 33 | 32 |
Немало сложностей для проектирования и строительства высотных 25-этажных зданий в центральной части Хабаровска представляют северо-западные склоны холмов от ул. Ленина до Уссурийского бульвара и от ул. Муравьева-Амурского до Амурского бульвара. Это связано с неглубоким залеганием сильно выветренных крутопадающих слоев скальных грунтов неоднородного состава и различной прочности, а также наличием подземных вод в сфере взаимодействия сооружений с геологической средой в интервале глубин 25-30 м (рис. 1). Глубина заложения подвала в таких местах принимается до 5-8 м; тип фундамента – плита. В ходе строительства при проходке глубоких котлованов в зоне выветривания глинистых сланцев неотъемлемой частью технологического процесса является применение мер защиты специфических элювиальных грунтов от дальнейшего выветривания, промораживания в зимний период и обводнения в теплое время года с целью предупреждения потери их прочности.
Большой "сюрприз" приподнесла специалистам геологическая среда при размещении высотного административного здания по ул. Запарина на склоне холма юго-восточной экспозиции от ул. Серышева до Амурского бульвара. Неожиданностью явилось отсутствие в геологическом строении площадки скальных грунтов до глубины 40 м. Было установлено, что с поверхности до глубины 9-13 м залегают делювиальные глинистые грунты с включениями щебня и дресвы. Они сменяются древними терригенными отложениями – пестроцветными глинами и суглинками с примесью гальки, гравия и грубоокатанного щебня, в которых существуют прослои углистой глины с остатками древесины. Вскрытая мощность этой толщи превысила 30 м. Такая особенность геологического строения, связанная с наличием в сжимаемой зоне глинистых грунтов большой мощности, обладающих достаточно высокой несущей способностью, позволила проектировщикам увеличить высоту здания и предусмотреть подземные этажи. Вместе с тем, потребовалось и обеспечение устойчивости откосов котлована, разработка мер защиты подвалов от подтопления подземными водами, а прилегающей территории – от действия струйчатой эрозии.
Значительные трудности возникли у проектировщиков на площадке строительства 25-этажного здания на склоне холма по ул. Советской, где в сфере взаимодействия проектируемого сооружения с геологической средой под делювиальными глинами с глубины 5-7 м распространены пласты бурого угля мощностью до 7 м, насыщенные водой. Приведенные примеры характеризуют многообразие вариантов инженерно-геологических условий, которые требуют адекватной оценки особенностей геологической среды и расчетов устойчивости проектируемых сооружений.
- Условия строительства на равнинной территориии
На равнинной территории Хабаровска, Комсомольска-на-Амуре, Благовещенска эффектные с архитектурной точки зрения высотные здания строятся не только в прибрежной зоне Амура (рис. 1), но и на значительном удалении от реки. Террасированная равнина составляет более 80% территории Хабаровска. Для Комсомольска-на-Амуре, Биробиджана также преобладающим является равнинный рельеф.
Инженерно-геологические условия площадок, размещаемых в пределах надпойменных террас, значительно отличаются от условий строительства на холмистой территории, что можно увидеть на примере территории Хабаровска (табл. 3),
Таблица 3. Оценка состояния геологической среды площадок высотного строительства на равнинной территории
| Литологический состав грунтов (интервал глубин) | Подземные воды | Геологические процессы |
| От 0–3 до 15 м. Техногенные отложения (tQ4): намывные грунты; отвалы и насыпи грунтов, золоотвалы, свалки бытовых и строительных отходов | Техногенный водоносный горизонт в интервале глубин 0,5–10 м | Техногенный литогенез Речная эрозия и затопление Овражная и струйчатая эрозия Заболачивание: Подтопление Оползни на склонах террас и оврагов, в искусственных откосах насыпей Морозное пучение грунта Суффозия |
| От 0–3 до 5–35 м. Аллювиально-озерные отложения: (aQ4; laQ3; alQ2; lQ1): глины, суглинки, от полутвердых до текучепластичных, супеси пластичные пески пылеватые, мелкие, галечник и гравий водонасыщенные; горизонтально залегающие | Верховодка в глинистых грунтах на глубине до 5–15 м Постоянный водоносный горизонт в песках на глубине 6–10 м | |
| От 5–35 до 60 м. Древние аллювиально-пролювиальные отложения (N2-Q1): глины, суглинки с гравием и галькой, водонасыщенные пески, галька,гравий | Постоянный водонсный горизонт на глубине более 20 м |
По совокупности инженерно-геологических и техногенных условий и в связи с наличием комплекса неблагоприятных геологических процессов площадки высотного строительства в пределах надпойменных террас и прибрежных зон Амура относятся чаще всего к III категории сложности (в соответствии с СНиП 22-01-95 и СП 11-105-97). Существующая опасность и значительный риск от гидрогеологических, эрозионных, а также оползневых процессов требует существенных затрат для разработки эффективных мер инженерной защиты территорий и обеспечения безопасности населения.
Физико-механические свойства глинистых грунтов аллювиально-озерного генезиса, указанные в табл. 4, отражают существенное снижение прочности грунтов-оснований в условиях Хабаровска, что требует применения свайных фундаментов и фундаментных плит.
Таблица 4. физико-механические свойства грунтов на равнинной территории Хабаровска
| Вид грунта | Показатели свойств грунта (aQ4; laQ3; alQ2; lQ1): | |||||||
| W % | Ip | IL | г/см3 | e | С, КПа | | ||
| Глина с включ. | твердая | 23 | 20 | 0,09 | 2,0 | 0,68 | 81 | 21 |
| тугопл. | 27 | 19 | 0,33 | 1,94 | 0,77 | 45 | 17 | |
| мягкопл. | 36 | 21 | 0,61 | 1,86 | 0,97 | 24 | 15 | |
| Суглинок с включ. щебня | полу-тв. | 22 | 13 | 0,11 | 2,02 | 0,64 | 60 | 23 |
| тугопл. | 25 | 13 | 0,38 | 1,98 | 0,71 | 40 | 20 | |
| мягко-пластич | 28 | 13 | 0,60 | 1,95 | 0,77 | 24 | 12 | |
| текучепластичн. | 32 | 10 | 0,95 | 1,90 | 0,86 | 11 | 15 | |
| Супесь | пластич. | 25 | 7 | 0,06 | 1,97 | 0,69 | 27 | 30 |
Оценивая сейсмические свойства грунтов в условиях Хабаровска (табл. 1–4), следует отметить, что на холмистой территории грунты оснований высотных зданий и вмещающей среды для подземных сооружений относятся к II и I категории (табл. 1 СНиП II -7-81*), в то время как на равнинной территории – к II и III категории.
Разница сейсмических свойств грунтов в разных частях города позволяет сделать вывод о необходимости более детального рассмотрения проблем обеспечения сейсмостойкости высотных зданий на равнинной территории в зонах с исходной сейсмичностью 6 и более баллов.
- Проблемы строительства подземных сооружений
Как и у любого крупного города России в каждом дальневосточном городе сложился исторический центр, где находятся архитектурно-исторические памятники, музеи, кинотеатры, административные здания, жилые дома, гостиничные комплексы.
Нарастающий поток автомобилей по основным городским магистралям, пересекающим исторический центр города, обостряет социально-экологические проблемы, нарушает комфортность проживания и отдыха горожан. Существуют большие сложности при размещения автостоянок и гаражей из-за высокой плотности существующей застройки. В связи с этим становится актуальным решение накопившихся проблем за счет подземного пространства. Освоение подземного пространства многих городов Дальнего Востока находится в начальной стадии (за исключением Владивостока), поэтому при решении вопросов использования городских недр учитывается имеющийся в других городах опыт.
В Хабаровске в историческом центре освоение подземного пространства в ближайшие годы планируется в районе ул. Муравьева-Амурского, ул. Ленина, ул. Серышева, ул. Волочаевская, ул. Калинина, ул. Тургенева, на площади им. Ленина с целью прокладки транспортных коридоров и для размещения необходимых городу объектов и сооружений. Это поможет решить несколько важных задач: снизить транспортный поток и уровень шума в центре, сохранить памятники истории, архитектуры и культуры; оздоровить городскую среду и, в целом, сделать исторический центр более удобным, красивым и безопасным. Учитывая зарубежный и отечественный опыт строительства транспортных систем под землей, в историческом центре Хабаровска предлагается создание новых для города видов и форм подземных сооружений, в частности, транспортных тоннелей и эстакад. Создание прямых магистралей позволит увеличить скорость движения автотранспорта, ликвидирует "пробки" на затяжных подъемах к ул. Муравьева-Амурского и ул. Ленина. Это, в свою очередь, снизит выделение вредных выхлопных газов и загрязнение в атмосферы. Предусматривается использование шумозащитных экранов на эстакадах при пересечении Амурского и Уссурийского бульваров. Кроме того, в подземных этажах вблизи автомагистралей целесообразно разместить комплекс полезных для города сооружений. Сопутствующие транспортным коридорам сооружения могут быть представлены гаражами, автостоянками, кафе, залами игровых автоматов, отделениями связи, магазинами для торговли сувенирами и товарами повседневного спроса и другими объектами. Для этих сооружений предусматривается необходимый комплекс специально разработанных мер по созданию физического комфорта и искусственного микроклимата (теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, водоснабжение, водоотведение и др.).
Наиболее современные подходы к освоению подземного пространства в Хабаровске использованы при реконструкции привокзальной площади, где в результате завершения работ с мая 2008 г. будет действовать безопасный подземный пешеходный переход и транзитные проезды для автотранспорта.
Как следует из оценки существующих инженерно-геологических условий территории исторического центра города, подземные воды могут значительно осложнить процесс строительства, привести к нарушению условий эксплуатации сооружений. Для обеспечения безопасности подземных сооружений существует множество методов защиты от воды. К ним относится гидроизоляция бетонных и металлических конструкций, применение противофильтрационных экранов, отвод воды с применением дренажей и др.
Завершая анализ, можно сделать вывод о больших перспективах использования подземного пространства в центре Хабаровска. Открываются новые возможности улучшения качества городской среды, озеленения и благоустройства улиц, использования их для культурно-массовых мероприятий. Обеспечивается надежность сооружений и безопасность людей в подземном пространстве. Улучшается экологическая ситуация в историческом центре, что делает его более удобным, привлекательным и безопасным для отдыха хабаровчан и для многочисленных гостей.
Выявленные особенности состояния геологической среды на холмистой и равнинной территории указывают на неоднородность и непохожесть геологического строения на площадках размещения высотных зданий и подземных сооружений. Для проектирования таких сооружений требуется более детальная оценка физико-механических свойств грунтов сжимаемой зоны с использованием не только лабораторных, но и полевых методов исследований.
В процессе строительства усложняются технологии и методы производства работ нулевого цикла в связи с использованием глубоких котлованов, с проходкой открытых или закрытых выработок, водопонижением, поэтому весьма важно знать и уметь использовать информацию о прочностных и деформационных свойствах грунтов и их изменении в процессе строительства и эксплуатации сооружений, учитывая накопленный опыт.
- ЛИТЕРАТУРА
Подгорная Т.И. Геоэкологические факторы градостроительства на Дальнем Востоке //геоэкология. М.: 2000, № 6, С. 502-514.
Подгорная Т.И. Современные тенденции оценки состояния городской среды при высотном строительстве. /Новые идеи нового века 2007. Матер. 7 межд. научной конфер. ИАС ТОГУ. Хабаровск: изд. Тихоок. гос. ун-та.2007. С. 130-135.