авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Инженерно-геологическое обоснование строительства высотных зданий в г. санкт-петербурге

-- [ Страница 2 ] --

Деформирование стенок и дна котлована вызывает дополнительные и неравномерные осадки, приводящие к образованию трещин в несущих конструкциях окружающих зданий. Старинные здания и сооружения с высоким уровнем эксплуатационного износа могут переходить в аварийное состояние при дополнительных осадках, превышающих 2-3 см и их относительной величине более 0,001 согласно СП 22.13330.2011. Поскольку рассматриваемые в работе зоны доминантных кластеров расположены вне исторического центра, наличие плотной городской застройки практически исключается.

Инженерно-геологические особенности четвертичных песчано-глинистых грунтов, оказывающие существенное влияние на безопасность устройства глубоких котлованов и работ нулевого цикла, должны анализироваться с учетом возможности негативного преобразования грунтов при их контаминации и развития различных природно-техногенных процессов, в том числе высокой коррозионной агрессивности среды.

Выбор технологии устройства котлована должен базироваться на комплексном подходе к оценке инженерно-геологических факторов и обязательном учете развития в локальном или региональном масштабе природных либо природно-техногенных процессов (табл.).

Все рассматриваемые участки доминантных кластеров характеризуются значительной степенью загрязнения подземного пространства, связанной с распространением действующих или захороненных болот, свалок, кладбищ, контаминированных насыпных и намывных отложений, ликвидированных водных объектов, что вызывает наличие в подземном пространстве таких процессов, как плывуны, тиксотропия глинистых отложений, биохимическое газообразование (см. табл.).

Развитие плывунов необходимо рассматривать как фактор, предопределяющий возможность их прорыва при проходке котлована, а также создающий дополнительное давление на его ограждение. Явление тиксотропии представляет серьезную опасность при динамическом погружении ограждающих конструкций в глинистые грунты, которые снижают свою прочность и переходят в подвижное состояние, передавая на ограждающие конструкции давления, не отвечающие проектным значениям для грунтов с трением и сцеплением.

Кроме того, необходимо учитывать влияние биохимической газогенерации в межморенных микулинских слоях (CH4, N2, CO2), а также в современных и верхнечетвертичных отложениях при их техногенном загрязнении органическими соединениями. Действие газодинамического давления может вызывать прорывы газонасыщенных вод и грунтов, а также снижение прочности песчано-глинистых отложений при повышении содержания газовой составляющей в поровой воде (см. табл.).

В зонах распространения напорных горизонтов - верхнего межморенного (полюстровского), нижнего межморенного и ломоносовского, а также линз и прослоев водонасыщенных песков в моренных отложениях возникает опасность прорывов подземных вод в котлован. В настоящее время пьезометрический уровень верхнего межморенного горизонта практически достигает отметки земной поверхности за счет прекращения эксплуатации Полюстровского месторождения минеральных вод более 30 лет назад.

Согласно проведенным расчетам, даже относительно невысокие напоры до 10 м в водонасыщенных песках могут вызвать прорыв воды со стороны дна котлована при наличии защитного водоупорного глинистого целика менее 5,0 м, при меньшем значении напора возможен подъем дна котлована при постепенном ослаблении прочности пород целика.

На территориях, характеризующихся опасностью прорывов напорных вод рекомендуется определять максимальную безопасную величину напора (давления) при условии работы защитного целика на сдвиг по формулам В.А. Мироненко и В.И. Шестакова или И.П. Иванова , где Нбез – безопасный напор; m – мощность целика породы; b – ширина строительного котлована; r – радиус выработки; х - горизонтальная составляющая давления собственного веса горных пород; К0 – понижающий коэффициент; в, - плотности воды и пород целика соответственно; с, f=tg – сцепление и коэффициент внутреннего трения горных пород целика; - коэффициент бокового распора.

При превышении величины действующего напора над безопасным следует рассматривать возможность водопонижения при условии отсутствия негативных последствий. В зонах развития газонасыщенных грунтов рекомендуется устраивать газоразгрузочные скважины, при этом необходимо учитывать, что их радиус воздействия может значительно превышать зоны влияния депрессионных воронок при водопонижении. Однако снижение газодинамического давления не оказывает существенного влияния на рост эффективных напряжений.

  1. Безопасность эксплуатации высотных зданий зависит от степени полноты и достоверности инженерно-геологической информации, которая должна включать исследования интенсивности техногенеза пород и подземных вод в основании, динамики изменения его напряженно-деформированного состояния под влиянием гидродинамических факторов, а также возможности развития различных типов коррозии конструкционных материалов.

Основным критерием длительной устойчивости высотного сооружения служит предельно допустимое значение крена, которое обычно определяется индивидуально для каждого проектируемого здания. Действующие нормативы по предельно допустимому крену не могут быть использованы для высотных зданий. Длительная устойчивость высотного здания может быть обеспечена только в случае получения полной и достоверной инженерно-геологической информации, характеризующей условия работы грунтового основания во взаимодействии с сооружением не только в период строительства, но и прогноз их изменения в период эксплуатации. Как показывает накопленный опыт наблюдений за осадками зданий и сооружений в Санкт-Петербурге, прогнозируемые (расчетные) деформации оказываются, как правило, ниже, чем реальные величины. Анализ проектных данных показал, что в расчетах часто используются завышенные значения показателей прочности и деформационной способности грунтов из-за несоответствия применяемой методики испытаний реальным условиям работы основания.

С целью повышения полноты и достоверности получаемой информации на стадии изысканий были выделены инженерно-геологические критерии, которые влияют на безопасность строительства и эксплуатации высотных зданий. К ним относятся тектоническая и нетектоническая трещиноватость коренных глин, интенсивность которой определяет анизотропию напряженного состояния, прочность и деформационную способность этих пород, их водопроницаемость и возможность изменения таких параметров во времени. Кроме того, необходимо принимать во внимание снижение прочности конструкционных материалов за счет различных типов коррозионной активности подземной среды.

Согласно действующим в Санкт-Петербурге нормативным документам, для высотных зданий следует использовать свайные фундаменты, «…нижние концы свай следует опирать на однородный коренной грунт (кембрийскую, протерозойскую глину или морену твердой консистенции)» (п. 7.3.3 ТСН 31-332-2006).

При использовании глубоких котлованов в качестве основания обычно анализируются морены, перекрытые более поздними водонасыщенными четвертичными отложениями, к которым приурочены в различной степени загрязненные водоносные горизонты. Такие морены обычно находятся в анаэробных условиях и имеют в основном молекулярный тип структурных связей, определяющий развитие пластических деформаций при действии тех величин напряжений, которые характерны для оснований высотных зданий.

Для подобных морен устойчивые формы консистенции не должны рассматриваться как гарантия высоких значений прочности и низкой деформируемости. Исследования, выполненные в условиях трехосного сжатия (неконсолидированно-недренированные испытания), свидетельствуют о варьировании угла внутреннего трения в пределах 0-10, снижении значения сцепления до 0,07 МПа и менее для таких морен. Сорбция органических частиц абиотического и биотического генезиса при контаминации морены за счет утечек из систем водоотведения, а также воздействия жидкой фазы различных отходов вызывает снижение ее прочности и модуля общей деформации. Содержание биомассы в таком случае может достигать 200, реже 350 мкг/г при сохранении постоянства физического состояния – показателя консистенции грунтов. Оценка работы подобных отложений в основании сооружения должна базироваться на рассмотрении их как тонкопористой среды, деформирование которой в зависимости от соотношения действующего сжимающего напряжения, структурной прочности и давления, определяющего возможность фильтрационной консолидации, происходит за счет ползучести скелета и/или фильтрационной консолидации в ограниченной по глубине зоне.

Возможность использования в качестве надежного основания коренных отложений верхнего венда и нижнего кембрия определяется не только глубиной их залегания вне или в пределах палеодолин, но, как отмечалось ранее, и степенью их дезинтегрированности. Взаимодействие сооружения с подобными породами в основании реализуется согласно модели трещиновато-блочной среды, деформации которой в зависимости от соотношения действующего сжимающего напряжения, величины структурной прочности в блоке породы и по трещине складываются из деформаций каждого блока и/или смещений по трещинам.

Определение механических свойств трещиноватых глин, участвующих в расчетах длительной устойчивости здания, необходимо проводить с учетом их микро- и макротрещиноватости. Влияние микротрещиноватости возможно учитывать при испытаниях образцов различного размера в условиях объемного напряженного состояния при возможности их бокового расширения. Проведение исследований верхнекотлинских глин верхнего венда на образцах диаметром 35-85 мм при соотношении высоты образца к его диаметру равном двум, позволило сделать два принципиальных вывода: а) при увеличении диаметра образца более 60 мм величина сцепления (с) стремится к некоторому постоянному значению, следовательно, для определения показателей прочности с учетом микротрещиноватости оптимальный диаметр должен составлять 60 мм, дальнейшее увеличение размера образца не влияет на значение минимального сцепления; б) изменение уровня напряженного состояния не сказывается на результатах исследований масштабного эффекта и его воздействия на параметр с при диаметре образца больше 60 мм (рис. 3).

При определении модуля общей деформации (Е0) для образцов небольших размеров диаметром 35-42 мм устанавливается четкая зависимость между значением Е0 и величиной всестороннего давления (рис. 4). Для образцов диаметром 60-85 мм величина Е0 имеет отчетливую тенденцию роста по мере повышения уровня всесторонних напряжений 2=3, но не устанавливается связь между размером образца и значением Е0. В этом случае рекомендуется проводить исследования максимальных и минимальных значений модуля общей деформации для дальнейшей оценки интервала изменения этой характеристики.

Как известно, наиболее рациональный метод учета влияния макротрещиноватости на показатели прочности и деформируемости горных пород является проведение полевых испытаний. При отсутствии такой возможности для определения прочности рекомендуется использовать коэффициент структурного ослабления (Фисенко Г.Л., 1972) и определять сцепление по формуле: , где см, со, с– сцепление пород в массиве, в образце и по контактам между блоками пород соответственно; Н – мощность зоны деформирования; lТ – средний размер блока; a- коэффициент, зависящий от прочности пород в монолитном образце и характера трещиноватости (по данным ВНИМИ для плотных аргиллитоподобных глин a=2-3).

Для оценки модуля общей деформации можно воспользоваться формулой К.В. Руппенейта: , где n – число систем трещин; Е0Т, Е0НТ – модуль общей деформации трещиноватого массива и в образце соответственно; i – среднее значение угла между трещинами i-й системы и вертикальной осью; i - геометрическая характеристика трещин i-й системы, определяемая по формуле , где , , - средние величины ширины раскрытия трещин, размера блока породы и площади контактов по трещинам соответственно для i-й системы трещин.

Для прогноза работы коренных пород во времени необходимо оценка их длительной прочности и деформируемости при условии, что напряжения, действующие в основании сооружения, превышают предел их длительной прочности. По проведенным ранее экспериментальным исследованиям реологических свойств (К.П. Безродный, Ю.М. Карташов, Р.Э. Дашко и др.) коренные глины характеризуются значительным снижением сцепления (до 30%) и модуля общей деформации (до 50%) во времени, что необходимо учитывать в практике проектирования тяжелых сооружений при сохранении постоянства их физических свойств и состояния.

Трещиноватость и слоистость коренных глинистых пород предопределяет асимметричность распределения сжимающих напряжений в толще основания и их медленное затухание по глубине, что предполагает развитие неравномерных осадок по различным вертикальным сечениям в пределах контуров загруженных фундаментов (рис. 5).

При проектировании высотных сооружений с использованием свайных фундаментов необходимо учитывать гидродинамическое и гидрохимическое влияние нижнекотлинского горизонта при восходящем перетекании минерализованных вод через трещиноватые верхнекотлинские глины.

Усиление взвешивающего эффекта в толще коренных глин может приводить с одной стороны, к снижению веса сооружения, с другой стороны – увеличению мощности активной зоны в основании сооружения. Аналогичный взвешивающий эффект оказывает полюстровский (верхний межморенный) водоносный горизонт.

Между минерализованными хлоридными натриевыми водами, заполняющими трещины, и катионами диффузного слоя глинистых частиц в блоках глинистой породы возможно протекание реакций ионного обмена (физико-химического поглощения). Рост содержания Na+ в диффузном слое приводит к диспергации глин, за счет чего возрастает их гидрофильность и влажность (при отсутствии набухания). Такие физико-химические процессы приводят к снижению угла внутреннего трения, в меньшей степени сцепления, что будет оказывать влияние на несущую способность свай.

Необходимо также учитывать высокую агрессивность вод нижнекотлинского водоносного горизонта по отношению к конструкционным материалам фундаментов и подземных частей сооружений, прежде всего к бетону и стальным конструкциям.

С точки зрения развития коррозионной агрессивности по отношению к бетонам большую опасность представляют подземные воды полюстровского водоносного горизонта в связи с высоким содержанием углекислоты. Загрязненные грунтовые воды оказывают коррозионное воздействие на стены подземных частей сооружений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится решение актуальной научной задачи по инженерно-геологическому обоснованию проектирования, строительства и эксплуатации высотных зданий на территории рассмотренных групп доминантных кластеров в Санкт-Петербурге.

  1. На основе анализа мирового опыта показана необходимость освоения и использования подземного пространства при высотном строительстве с целью увеличения надежности конструкции, а также получения дополнительных площадей внутри сооружения. Отмечено, что ошибки, сделанные при изысканиях и включающие определение механических свойств грунтов по методикам, не отвечающим поведению грунтов, а также отсутствие прогнозирования негативных процессов и явлений в подземном пространстве, оказывают влияние на корректность обоснования технологии устройства котлованов, оценки их устойчивости и выбора надежных ограждающих конструкций.
  2. Территория Санкт-Петербурга располагается в зоне широкого развития погребенных долин в коренных отложениях осадочного чехла, приуроченных к тектоническим разломам. Четвертичные отложения не обладают достаточной несущей способностью для использования в качестве оснований высотных зданий и должны рассматриваться, в первую очередь, как вмещающая толща для котлованов и фундаментов глубокого заложения.
  3. Основанием высотных зданий могут служить верхнекотлинские глины верхнего венда либо «синие» глины нижнего кембрия, имеющие зональное строение по трещиноватости и показателям физико-механических свойств в зависимости от глубины, каждая зона характеризуется определенной интенсивностью трещиноватости, диапазоном изменения влажности и плотности. Зональность строения нарушается в зонах тектонических разломов.
  4. Произведено обоснование выбора показателей физико-механических свойств, необходимых для расчетов длительной устойчивости зданий с учетом влияния микро- и макротрещиноватости верхнекотлинских глин на их прочность и деформационную способность в соответствии с особенностями взаимодействия тяжелого сооружения и дезинтегрированного основания.
  5. Произведена систематизация основных инженерно-геологических факторов, учет которых необходим для повышения безопасности устройства глубоких котлованов, а также для обеспечения длительной устойчивости высотных зданий.
  6. Обоснована необходимость изучения структурно-тектонических условий (разломов и погребенных долин), подчеркивается, что при оценке инженерно-геологических особенностей территории необходимо проводить исследования контаминации подземной среды в историческом аспекте.

Наиболее значимые работы по теме диссертации

  1. Жукова А.М. Анализ и оценка возможности прорывов подземных вод при ведении работ нулевого цикла строительства в пределах многофункционального комплекса «Балтийская жемчужина»// Записки Горного института. Т.173. СПб, СПГГИ (ТУ), 2008, с.10-13.
  2. Дашко Р.Э. Некоторые данные по инженерно-геологическому обоснованию высотного строительства в Санкт-Петербурге/ Р.Э. Дашко, О.Ю. Александрова, А.М. Жукова// Труды международной конференции по геотехнике «Развитие городов и геотехническое строительство». Т. 4. СПб, 2008, с.485-490.
  3. Жукова А.М. Инженерно-геологическое обоснование возможности высотного строительства в Санкт-Петербурге// Записки Горного института. Т.182. СПб, СПГГИ (ТУ), 2009, с.25-30.
  4. Жукова А.М. Инженерно-геологический анализ строительства высотных зданий в Санкт-Петербурге (на примере локальной зоны правобережья р. Невы)// Материалы III Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике». Белгород, 2009, с. 155-158.
  5. Жукова А.М. Инженерно-геологические и гидрогеологические особенности оценки условий строительства и эксплуатации высотных зданий (на примере локальной зоны правобережья р. Невы)// Записки Горного института. Т.186. СПб, СПГГИ (ТУ), 2010, с.13-17.
  6. Дашко Р.Э. Инженерно-геологические проблемы строительства высотных зданий в Санкт-Петербурге в условиях освоения подземного пространств

    Pages:     | 1 ||
     





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.