Механика грунтов

Строительство в г. Москве осложняется следующими факторами:

- наличием специфических  грунтов и опасных геологических и инженерно-геологических процессов, а также активизацией последних в связи с практически непрерывным ведением строительства и реконструкции на новых и застроенных территориях;

- большой насыщенностью  подземного пространства тоннелями  метро и коммуникациями, а в районах исторической застройки - погребенными фундаментами, тоннелями, коммуникациями, колодцами, подземными выработками;

- необходимостью  учета влияния проектируемых  наземных и подземных сооружений  на существующую застройку с  целью ее максимальной сохранности, особенно на исторических территориях города, насыщенных памятниками истории и архитектуры;

- необходимостью  учета влияния строительства  на окружающую среду - экологическую  обстановку города.

Для геологического строения города характерно залегание с поверхности толщ техногенных грунтов и четвертичных отложений различного генезиса, представленных песчаными и глинистыми грунтами современного и древнего аллювия, моренного, флювиогляциального, озерного и оползневого комплекса, реже другого генезиса. Подстилающие их породы представлены плотными песками, глинами, известняками, доломитами и мергелями мелового, юрского и каменноугольного возраста. Стратиграфические схемы четвертичных и дочетвертичных отложений г. Москвы приведены в приложении 1.

Подземные воды во многих местах залегают близко от поверхности (1 - 3 м). Их режим определяют как сезонные, так и техногенные факторы. К  известнякам и доломитам карбона  приурочены артезианские водоносные горизонты.

Инженерно-геологические  условия значительной части территории города являются сложными и неблагоприятными для строительства вследствие развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. Среди них наибольшую опасность для зданий и сооружений представляют подтопление территории, карстово-суффозионные и суффозионные процессы, оползни, оседания земной поверхности разного генезиса [1].

Подтопление охватывает примерно 40 % территории города и обусловлено в основном техногенными факторами[2].

На большей  части территории города имеются  закарстованные массивы карбонатных  пород каменноугольного возраста, залегающие обычно на глубине в несколько десятков метров, что обуславливает возникновение карстовой и карстово-суффозионной опасности.

Оползневой опасности  подвержены примерно 25 % береговых склонов  рек Москвы и ее притоков[3].

Схематические карты инженерно-геологического районирования  г. Москвы по опасности подтопления  территории, карстовой и оползневой опасности приведены в Рекомендациях[4], а по степени опасности проявления карстово-суффозионных процессов - в приложении А настоящей инструкции.

Наличие техногенных  физических полей - тепловых и электрических (блуждающие токи) способствует повышению  агрессивности подземных вод и коррозионной активности грунтов, а также изменению свойств последних.

На территории города наряду с благоприятными для  строительства грунтовыми условиями (песчаные отложения средней плотности  и плотные, глинистые отложения  ледникового комплекса, юрские глины от твердой до тугопластичной консистенции) встречаются неблагоприятные специфические грунты, к которым относятся: техногенные, рыхлые пески, слабые глинистые, органо-минеральные, набухающие и пучинистые. Свойство набухания проявляется в основном в юрских глинах.

Почти на всей территории города развиты техногенные  отложения. В его центральной  части их толща изменяется от 3 м  на водоразделах и до 20 м в понижениях рельефа. Для этих отложений характерны недоуплотненность, неоднородный состав, слоистость, наличие включений, загрязненность химическими элементами, местами они насыщены остатками строительных материалов.

В техногенных  грунтах, содержащих бытовые отходы, генерируется биогаз, состоящий из токсичных и горючих компонентов. Главными из них являются метан и двуокись углерода, в качестве примесей присутствуют тяжелые углеводородные газы, окислы азота, аммиак, сероводород, водород. Биогаз сорбируется вмещающими грунтами, растворяется в воде и поступает в приземную атмосферу.

Отмечается также  значительное загрязнение почв и  грунтов вредными для человека химическими  элементами. Опасный уровень загрязнения  зарегистрирован на 25 % территории города, главным образом в центральной  и восточной его частях.[5]

Напластования грунтов характеризуются большой  неоднородностью (многослойность, линзы, выклинивание), а также большой  изменчивостью их физико-механических свойств. В коренных отложениях обнаружены эрозионные врезы (зоны эрозионного размыва). Схематическая карта эрозионных врезов центральной части г. Москвы приведена в приложении 1.

3. Выбор  конструкции фундамента в зависимости  от типа грунта

В соответствии с концепциями развития районов и ПДП площадки строительства объектов жилищно-гражданского назначения размещаются в пределах г. Москвы преимущественно на следующих территориях:

-на территориях,  ранее не предлагавшихся для  освоения под жилищно-гражданское  строительство;

-на территориях  со сложной инженерной подготовкой;

-на территориях,  ранее занимавшихся промышленными  предприятиями, выведенными за  городскую черту;

-на территориях  относительно новой застройки  за счет ее уплотнения и  завершения;

-на территориях размещения реконструируемых пятиэтажных домов первого периода панельного домостроения;

-в центральной  части города рядом с существующими  зданиями и на территориях  размещения реконструируемых зданий.

С точки  зрения влияния на выбор видов  фундаментных конструкций из свай упомянутые в выше площадки строительства могут быть сгруппированы следующим образом:

-строительство  на вновь выделяемых территориях;

-строительство  на территориях после их предварительной  инженерной подготовки;

-строительство  на свободных (или освобождаемых) территориях в зоне существующей застройки;

-реконструкция  зданий с изменением (частичным  иди полным) его конструкций;

-реконструкция  зданий-памятников архитектуры (как  правило, без изменения архитектурных  и конструктивных элементов).

Для геологического строения Москвы характерно залегание с поверхности толщ четвертичных отложений различной мощности и генезиса, представленных песчаными и глинистыми грунтами современного и древнего аллювия, моренного и водно-ледникового комплекса. Подстилающие их коренные породы представлены плотными песками мелового возраста, юрскими глинами, карбоновыми известняками и мергелями (рис.1).

Грунтовые воды залегают на глубинах от 1 до 15 м и  подвержены сезонным колебаниям. К  известнякам карбона приурочен  артезианский водоносный горизонт, обладающий напорным характером, режим которого нарушен.

Рис.1. Стратиграфическая колонка г. Москвы  

Во "Временных  технических указаниях по расчету, проектированию и производству работ  по свайным фундаментам зданий и  сооружений в г. Москве" (Москва, 1987 г.) представлены обобщенные геологические профили, характерные для различных районов Москвы.

Для новых площадок строительства, схематическая карта  размещения которых показана на рис. 2, в МГСН 2.07-97 "Основания фундаменты и подземные сооружения" приведены наиболее типичные инженерно-геологические колонки и дана характеристика свойств грунтов (нормативные значения).

Основными типами зданий, планируемых к массовой застройке  на период до 2010 года, являются 12+17 этажные  панельные дома с уровнем нагрузки на основание (общая нагрузка от здания, деленная на его площадь) 0,25+0,35 МПа (таблица 1).

Как следует  из таблицы, в структуре жилищного  строительства здания высотой более 8 этажей и с уровнем нагрузки на основание, достигающем 0,45 МПа занимает около 60%. Учитывая это, масштабы применения фундаментных конструкций из свай должны возрасти.

Что касается реконструируемых зданий, то они имеют различную  конструкцию и этажность. При  выборе типа фундаментов в большей  степени, чем для массового строительства, применяется индивидуальный подход и, как правило, используются фундаментные конструкции из свай.  

Таблица 1

 

Рис. 2. Схема размещения в г. Москве нового жилищного строительства в ближайшие годы

В настоящее  время при строительстве в  г. Москве зданий жилищно-гражданского назначения за редким исключением применяются  забивные призматические сваи сечением 30´30 см и длиной 4-12 м, изготавливаемые  на заводах Моспромстройматериалов по каталогу железобетонных изделий, а также на заводах других ведомств по соответствующим ведомственным каталогам. Погружение таких свай осуществляется многочисленными строительными организациями различных ведомств. Во многих случаях имеющиеся у них копровые установки позволяют погружать сваи других типоразмеров, указанные в таблице 2.

В последнее  время на строительстве ряда объектов в г. Москве стали применяться  буронабивные и буросекущиеся сваи диаметром 50-150 см и длиной до 30 м  типа БСИ, изготавливаемые специализированными строительными организациями (АО "Гидроспецфундаментстрой", АО "Гидроспецстрой", "Высотспецстрой", СУ-29, Мостотрест), оснащенными необходимыми для этого отечественными и импортными ставками. Эти же организации имеют станки, позволяющие осуществлять устройство буроинъекционных свай.

АО Московское предприятие "Гидроспецфундаментстрой", оснащенное буровыми станками типа СО-2 и СО-1200; применяет бурозавинчивающиеся  сваи при реконструкции ряда московских объектов.

 
Заключение

Большая часть территории города имеет закарстованные массивы карбонатных пород каменноугольного возраста, залегающего обычно на глубине в несколько десятков метров, что обуславливает возникновение карстовой и карстово-суффозионной опасности.

Отмеченные выше опасные процессы и условия их развития, определяющие неблагоприятную инженерно-геологическую и экологическую обстановку на территории города, обуславливают необходимость их детального изучения, прогнозирования и оценки риска, а также разработку на этой основе мероприятий по инженерной защите территорий, зданий и сооружений от опасных процессов. Разработка таких мероприятий должна производиться в составе проекта объекта строительства и основываться на результатах комплексного изучения инженерно-геологической и экологической обстановки и мониторинга состояния окружающей среды, который должен осуществляться до начала строительства и при необходимости продолжаться на стадии строительства и в период эксплуатации сооружения.

 
Список литературы

1.  Инструкция по инженерно-геологическим и геоэкологическим изысканиям в г. Москве. Утверждена и введена в действие указанием Москомархитектуры от 11.03.04 № 5.