Жукова, Анна Михайловна. Инженерно-геологическое обоснование строительства высотных зданий в г. Санкт-Петербурге

Короткий опис

Жукова, Анна Михайловна. Инженерно-геологическое обоснование строительства высотных зданий в г. Санкт-Петербурге : диссертация ... кандидата геолого-минералогических наук : 25.00.08 / Жукова Анна Михайловна; [Место защиты: С.-Петерб. гос. гор. ун-т].- Санкт-Петербург, 2011.- 256 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-4/187

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Санкт-Петербургский государственный горный университет”
На правах рукописи

ЖУКОВА Анна Михайловна
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ В Г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ

Специальность: 25.00.08 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

04201165379
29.11.2011
Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
Научный руководитель: доктор геолого-минералогических
наук, профессор Дашко Регина Эдуардовна
Санкт-Петербург
2011
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВЫСОТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА В МИРОВОЙ ПРАКТИКЕ И САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ 11
1.1. ОСНОВНЫЕ ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ В ЗАРУБЕЖНОЙ ПРАКТИКЕ.. 11
1.2. ОПЫТ ВОЗВЕДЕНИЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ.В МЕГАПОЛИСАХ.. 16
1.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СЛОЖНОСТИ ИНЖЕНЕРНО¬ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ 29
1.4. НЕГАТИВНЫЙ И ПОЗИТИВНЫЙ ОПЫТ УСТРОЙСТВА ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ 41
2. ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ САНКТ- ПЕТЕРБУРГА В ПРЕДЕЛАХ ДОМИНАНТНЫХ КЛАСТЕРОВ 47
2.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ СИСТЕМАТИЗАЦИИ И ИЗУЧЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ТЕРРИТОРИЙ ДОМИНАНТНЫХ КЛАСТЕРОВ 47
2.2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТРУКТУРНО-ТЕКТОНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА И ИХ СРАНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА НА ТЕРРИТОРИЯХ ДОМИНАНТНЫХ КЛАСТЕРОВ 50
2.3. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И ВОЗМОЖНОСТИ РАЗВИТИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СООРУЖЕНИЙ 62
2.4. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОРЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОЛОЖЕНИЯ ИХ КРОВЛИ 101

з
3. РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОСНОВАНИЙ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ 123
3.1. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОСНОВАНИЙ ГЛИНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ЧЕТВЕРТИЧНОГО И ДОЧЕТВЕРТИЧНОГО ВОЗРАСТА С УЧЕТОМ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ 123
3.2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НИЖНЕКЕМБРИЙСКИХ И ВЕРХНЕКОТЛИНСКИХ ГЛИН КАК ТРЕЩИНОВАТО-БЛОЧНОЙ СРЕДЫ 138
3.3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ КАК ТОНКОПОРИСТОЙ СРЕДЫ 144
3.4. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ ТЯЖЕЛЫХ СООРУЖЕНИЙ 149
4. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
L
И СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ 163
4.1. ОБЩИЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СЛОЖНОСТИ ОСВОЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА 163
4.2. СТЕПЕНЬ ДЕЗИНТЕГРИРОВАННОСТИ КОРЕННЫХ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ ОСНОВАНИЯ СООРУЖЕНИЙ, КАК ОБЩИЙ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ КРИТЕРИЙ 167
4.3. ОБЩИЙ КРИТЕРИЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ 172
4.4. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД КАК СПЕЦИАЛЬНЫЙ КРИТЕРИЙ 191
5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСіЄ£ї>- И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ ^ х
5.1. СУЩЕСТВУЮЩАЯ НОРМАТИВНАЯ БАЗА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ _ х 98
5.2. ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ ТЕРРИТОРИИ С УЧЕТОМ ИСТОРИИ ЕЕ ОСВОЕНИЯ И
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
5.3. ПРОВЕДЕНИЕ КОМПЛЕКСА ПОЛЕВЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ- ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ ДЛЯ ВЫСОТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВ^
218
5.4. СПЕЦИФИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВ
состояния и ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ свойств ПОРОД 226
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 244
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Стратегия интенсивного развития мегаполисов предполагает необходимость возведения высотных зданий при обязательном ис¬пользовании подземного пространства. Сложность инженерно-геологических ус¬ловий Санкт-Петербурга при отсутствии опыта проектирования' и строительства тяжелых зданий требует выделения территорий, перспективных и экономически оправданных для возведения таких сооружений.
В мировой практике тяжелые высотные здания чаще всего возводятся на скальных породах, которые в Санкт-Петербурге залегают на глубинах 180-250 м, что предопределяет необходимость использования в качестве основания вышеза- легающие глинистые отложения верхнего венда и нижнего кембрия. В инженер¬но-геологической практике эти отложения не рассматривались в качестве основа¬ния высотных сооружений.
Проблема возведения высотных зданий в различных странах связана с име¬нами известных архитекторов: Ван дер Роэ, Jle Корбюзье, О. Нимейер, Н. Фостер ’ и др. В настоящее время проектирование высотного строительства в сложных ин¬женерно-геологических условиях проводится под руководством Р. Катценбаха,
A. Шмита, Дж. Дэвиса, Г. Поулоса и др. В России научно-практическим обеспече-' нием возможности высотного строительства занимаются В.М. Улицкий,
B. И. Ильичев, В.П. Петрухин, В.И. Осипов, Р.С. Зиангиров, З.Г. Тер-Мартиросян, В.И. Шейнин, И.В. Колыбин, A.F. Шашкин, О.А. Шулятьев и др.
В 2006 г. специалистами ГУ НИПЦ «Генплана СПб» была составлена схема размещения высотных зданий вне исторического центра в виде доминантных кла¬стеров без учета инженерно-геологических условий территории, в том* числе структурно-тектонических и гидрогеологических особенностей, которые необхо¬димо принимать во внимание для оценки степени сложности устройства фунда¬ментов тяжелых зданий. Кроме того, большое значение имеет история и длитель¬ность освоения территории, которые определяют степень контаминации подзем¬ной среды и, соответственно, негативные изменения ее компонентов.
Дель работы; Инженерно-геологическое обоснование безопасности строи-тельства и эксплуатации высотных зданий: в условиях освоения и использования подземного пространства на территориях выделенных доминантных кластеров: Основные задачи;исследований;'
-Изучение структурно-тектонических условий территорий доминантных: кластеров? для* анализа специфики зонального' строения и дезинтегрированности коренных глинистых пород осадочного чехла* как основания высотных зданий;
-Исследование: влияния; гидродинамического и гидрохимического? режимов высоконапорных водоносных горизонтов на условия строительства ш эксплуата¬ции высотных зданий.
-Оценка возможности развития негативных инженерно-геологических про-цессов при ведении работ нулевого цикла, в том числе устройстве глубоких кот-лованов:
-Создание инженерно-геологических моделей взаимодействия высотных зданий с глинистыми породами основания с учетом особенностей их макро- и микростроения.
-Разработка рекомендаций по оценке особенностей инженерно-геологических условий строительства и эксплуатации высотных зданий в Санкт- Петербурге для совершенствования, нормативной базы проведения изысканий и проектирования уникальных сооружений.
Фактический материал и личный вклад автора. В основу диссертацион¬ной работы положены исследования автора, которые проводились в период обу-чения в аспирантуре и магистратуре с 2006 г. по 2011г., в том числе анализ; боль¬шого объема фондовых материалов по инженерно-геологическим особенностям г. Санкт-Петербурга, включая структурно-тектонические, гидрогеологические и гео¬экологические условия; Кроме того, автором выполнялась полевая документация скважин, а также экспериментальные исследования для определения влияния макро- и микротрещиноватости коренных глин на их прочность и деформацион¬ную способность. .
Основные методы исследований. Инженерно-геологический анализ усло¬вий формирования состава, состояния и физико-механических свойств четвертич¬ных и коренных глинистых пород, современные методы изучения гранулометри¬ческого состава, сопротивления сдвигу и деформационных свойств, на, установках трехосного сжатия;.расчетно-теоретические методы по обоснованию?устойчиво¬сти проектируемых сооружений и прорывам,подземных вод в котлованы..
Реализация результатов исследований. Научно-практические разработки по инженерно-геологическому обоснованию условий для строительства высотных зданий вне исторического центра Санкт-Петербурга, инженерно-геологические модели основания и принципы инженерно-геологического обеспечения проведе¬ния работ нулевого цикла высотного строительства будут применяться при со-вершенствовании нормативных документов по проведению инженерных изыска-ний и проектированию высотных зданий, а также будут внедряться рядом органи¬*
заций, таких как СПб НИИ градостроительного проектирования, ОАО «ЛЕННИИПРОЕКТ», ЗАО «Институт ЛЕНПРОМСТРОЙПРОЕКТ», ООО «ПИ Геореконструкция».
Научная новизна работы —Установлено влияние структурно-тектонических условий на зональность строения верхнекотлинских глин верхнего венда и закономерности изменения* их дезинтегрированности, прочности и деформационной способности.
-Предложены инженерно-геологические модели оснований-высотных зданий для двух типов глинистых пород, рассматриваемых как трещиновато-блочная либо тонкопористая среда.
-Получены закономерности изменения прочности и деформационной способности верхнекотлинских глин в зависимости от размера образца и объемного напряженного состояния на основе экспериментальных исследований.
-Установлено влияние восходящего перетекания минерализованных хлоридных натриевых вод на снижение несущей способности верхнекотлинских глин в основании проектируемых зданий.
Защищаемые положения/
1. Сложность инженерно-геологических условиш возведения ; тяжелых высотных зданий в Санкт-Петербурге определяется положением подземного»кон- тура кровли коренных пород, степенью их тектонической и нетектонической де-зинтеграции, гидродинамическим и гидрохимическим режимами водоносных го-ризонтов, а также;газодинамическими явлениями в подземном пространстве рас-сматриваемой территории.
2. Технология проведения работ нулевого цикла, в том числе устройства глубоких котлованов в четвертичных отложениях, должна базироваться на ком-плексном изучении степени преобразования их состояния и физико-механических свойств под воздействием природных и (Техногенных факторов, влияния: напорных вод, в том числе глубоких водоносных горизонтов и степени освоенности приле¬гающей территории:
3. Безопасность эксплуатации высотных зданий зависит от степенишол- ноты и достоверности: инженерно-геологической; информации, которая должна включать исследования интенсивности техногенеза пород и; подземных вод в ос-новании, динамики изменения его напряженно-деформированного ? состояния под- влиянием гидродинамических факторов- а также возможности" развития различ¬ных типов коррозииконструкционных материалов.
Практическая значимость работы
- Охарактеризованы основные инженерно-геологические особенности; терри-торий; доминантных кластеров, определяющие безопасность освоения/ подземного I пространства: при устройстве; глубоких котлованові и условия; эксплуатации вы¬сотных зданий.
- Дано обоснование общих и специальных инженерно-геологических крите¬риев для проведения; инженерных изысканий її проектирования высотных зданий в условиях Санкт-Петербурга. ,
-Предложен алгоритм учета микро- и макротрещиноватости для оценки по-казателей прочности и деформационной способности верхнекотлинских глин верхнего венда как основания высотных зданий.
Достоверность научных положений и выводов базируется на большом объеме выполненных теоретических и научно-практических исследований по формированию и изменению физико-механических свойств коренных глинистых пород Санкт-Петербурга, проведении полевых и лабораторных исследований по прочности и деформационной способности глинистых пород различного возраста и генезиса. В диссертации использован большой объем экспериментальных ис-следований по обоснованию особенностей взаимодействия тяжелых сооружений с глинистыми породами основания как трещиновато-блочной или тонкопористой среды. В основу диссертации положены результаты, полученные в ходе проведе-ния научно-исследовательских работ, с непосредственным участием автора: «Ин-женерно-геологическое и гидрогеологическое обеспечение высотного строитель-ства и освоения подземного пространства в мегаполисах» (2009 г), «Состояние и стратегия развития научной школы «Инженерная геология» по приоритетным на-правлениям НИУ» (2010 г).
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и: обсужда-лись на научных конференциях: «Полезные ископаемые России и их освоение» (СПГГИ(ТУ), Санкт-Петербург, 2008, 2009, 2010, 2011 гг.), «Инженерные изыска-ния в строительстве» (ОАО «ПНИИИС», Москва, 2011 г.), межрегиональной на-учно-практической конференции «Обеспечение безопасности при использовании современных технологий строительства подземных сооружений в сложных усло-виях городской застройки» (ОАО «ЛЕННИИПРОЕКТ», Санкт-Петербург, 2008 г.), международном форуме молодых ученых «Проблемы недропользования» (СПГТИ(ТУ), Санкт-Петербург, 2008, 2010, 2011 гг.), международных конферен-циях молодых ученых в Краковской горно-металлургической академии (Краков,
Польша, 2009 и 2010 гг.) и Фрайбергской горной академии (Фрайберг, Германия, 2010 и 2011 гг.).
Публикации. Основные результаты диссертации содержатся в 8 опублико-ванных работах, в том числе 4 статьях в журналах, входящих в Перечень, реко-мендованный ВАК Минобрнауки РФ.
Структура работы
Диссертация изложена на 256 страницах, состоит из введения, 5 глав, за-ключения, списка литературы из 140 наименований, содержит 83 рисунка, 36 таб-лиц.
Автор выражает искреннюю признательность за постоянную помощь и поддержку на всем протяжении подготовки диссертационной работы научному руководителю д.г.-м.н. профессору Р.Э. Дашко, автор благодарит: заведующего кафедрой гидрогеологии и инженерной геологии СПГГУ д.г.-м.н., проф. Антоно¬ва В.В., д.г.-м.н., проф. Иванова И.П., к.г-м.н., доц. Петрова Н.С., к.г-м.н., доц. Но-рову Л.П., к.г-м.н., доц. Николаеву Т.Н., к.г-м.н., доц. Шидловскую А.В., к.г-м.н., доц. Поспехова Г.Б., к.г-м.н., асс. Александрову О.Ю., к.г-м.н., асс. Котюкова П.В., аспирантку Панкратову К.В. за обсуждение материалов диссертации.

Список літератури

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. На основе мирового опыта показана необходимость освоения и использования подземного пространства при высотном строительстве с це¬лью повышения устойчивости сооружений и получения дополнительных площадей за счет устройства подземных этажей. Высотное строительство в мировой практике'развивалось более интенсивно на территориях с неглубо¬ким залеганием прочных скальных или полускальных горных пород; на уча¬стках со значительной мощностью слабых грунтов возможность высотного строительства напрямую зависит от развития технологий фундаментострое- ния. В настоящее время наиболее применимыми для высотных зданий яв¬ляются комбинированные плитно-свайные фундаменты либо плитные фун¬даменты со значительным заглублением.
2. Проведен анализ опыта устройства глубоких котлованов в миро¬вой практике и Санкт-Петербурге. При устройстве глубоких котлованов в слабых водонасыщенных песчано-глинистых грунтах в качестве ограждаю¬щих конструкций используются шпунтовые ограждения, стены из буросе¬кущихся свай, а также сплошные «стены в грунте». Для поддержания ус¬тойчивости стенок котлована устраиваются распорные конструкции, а так¬же используется технология проходки методом top-down.
3. Отмечено, что развитие деформаций ограждающих конструкций котлованов могут наблюдаться за счет ошибок, сделанных при изысканиях, и повлекших за собой некорректности проектирования, в том числе приме¬нения расчетных моделей, не соответствующих поведению конструкции в грунтовой водонасыщенной толще; ошибок в оценке напряженно- деформированного состояния при игнорировании действия гидростатиче¬ских и гидродинамических напоров; использования параметров механиче-ских свойств грунтов полученных в приборах и/или по методикам, не отве¬чающих реальным условиям напряженного состояния и работы грунтов во взаимодействии с конструкциями; недостаточного учета возможности раз-
, 235
вития негативных процессов»и явлений, связанной со спецификой инженер¬но-геологический, условий. Опыт устройства глубоких котлованов под Р33” личные сооружения в Санкт-Петербурге показал принципиальна^0 возмож_ ность применения шпунтового ограждения в слабых водонасыш;^:н::НЬ1Х ГРУН_ тах при расстоянии до^ соседней» застройки более* 1,5 длины котлована, для предотвращения деформаций' ниже уровня^ откопкиг возможно устройство распорной,плиты методом jet grouting.
4. Исследованы особенности территорий доминантный кластеров, выделенных специалистами ГУ НИПЦ, «Генплана СПб»,, с точки: зрения-ин¬женерно-геологических, в том числе структурно-тектонических: з=з: гидрогео¬логических условий, а также контаминации подземного прострз-^ссТва' Тер¬ритория Санкт-Петербурга располагается в зоне широкого развития погре¬бенных долин, приуроченных к тектоническим разломам, котор>^те опРеДе" ляют глубину залегания кровли коренных пород, степень их тр емщиновато- сти, мощность и особенности строения четвертичной толщи. Hrla. основе сравнительного анализа территорий1 доминантных кластеров пка~ кие из НИХ ЯВЛЯЮТСЯ более благоприятными ДЛЯ возведения. ВЫСОТНЬ1х зда¬ний с точки зрения структурно-тектонического фактора. При возведении высотных сооружений рекомендуется использовать территории:^ ^ разрезе которых отсутствуют погребенные долины, либо глубина их вр^^а не ПРе" вышает 15-20 м.
5. Проанализированы, особенности четвертичных отлове енин тер¬риторий доминантных кластеров. Показано; что четвертичные отЛ-^>:>ї<:ении не обладают достаточной несущей* способностью для их использова:^^-51 в каче“ стве основания для высотных зданий, поэтому их необходимо j^>^&CMaTPK~ вать в первую очередь, как вмещающую толщу для котлованов и аген¬тов, а также подземных этажей высотных сооружений. В^процесо?^ ведения работ нулевого цикла строительства наличие мощной толщи славх^Е»13*- песча-но-глинистых грунтов, а также нескольких напорных водоносньо^ х~оризон-
тов предопределяет возможность развития негативных процессов и явлений в подземном пространстве, таких как плывуны, тиксотропия, прорывы на¬порных вод, а также газодинамические явления (связанные с природной или природно-техногенной газогенерацией в подземном пространстве). Прогно¬зирование таких процессов и явлений обязательно должно быть включено в инженерно-геологические исследования, кроме того, необходимо учиты¬вать, что наличие неустойчивых разностей, проявляющих плывунные либо тиксотропные свойства, ведет к росту боковых давлений на ограждающие конструкции котлована. Необходимо отметить, что четвертичные отложе-ния на территории Санкт-Петербурга характеризуется значительным за¬грязнение за счет утечек из систем водоотведения, действующих и ликви¬дированных свалок, кладбищ, снятых и погребенных болот, которое приво¬дит к переходу грунтов в квазипластичное состояние, а также способствует росту коррозионной агрессивности по отношению к конструкционным ма¬териалам.
6. Подчеркивается, что в качестве оснований высотных зданий мо¬гут рассматриваться коренные породы - глины верхнего венда и нижнего кембрия. Вне зон погребенных долин и тектонических разломов глины ха¬рактеризуются зональным строением, которое отражается в увеличении их плотности, влажности, снижений степени трещиноватости с глубиной. В зонах погребенных долин и разломов зональность строения нарушается, на¬блюдается значительный разброс показателей физико-механических свойств. Показано, что в тальвиговых частях глубоких погребенных долин отсутствует надежное основание для высотных зданий. Произведена срав¬нительная оценка территорий доминантных кластеров в зависимости от ин¬женерно-геологических особенностей коренных пород, в том числе воз¬можности восходящей фильтрации вод дочетвертичных напорных водонос¬ных горизонтов.
7. Отмечается, что прогноз устойчивости высотного здания опре¬деляется корректностью выбора инженерно-геологической модели основа¬ния при действии давления от сооружения (давление от сооружения может достигать 1 МПа), роль которого будет меняться в зависимости от типа грунта, а также характера, величины и соотношения* нормальных и каса¬тельных напряжений. Природа и прочность структурных связей глинистой породы, которые определяются генезисом, возрастом, а также степенью ли- тификации, являются- одним из ведущих факторов при оценке деформиро¬вания глинистой породы! (без учета трещиноватости). Рекомендуется ис-пользовать две группы моделей глинистых грунтов. К первой группе моде¬лей предложено относить породы высокой степени литификации, к которым относятся коренные глины верхнего и нижнего кембрия, для которых ха¬рактерен цементационный вид связей. Такие породы необходимо анализи¬ровать как трещиновато-блочную среду, деформирование которой происхо¬дит за счет смыкания, а также смещения по трещинам и/или развития пол¬зучести в нетрещиноватых блоках в зависимости от соотношения дейст¬вующих напряжений и структурной прочности в блоке и по трещине.
8. Показано, что ко второй группе относятся четвертичные глини¬стые породы малой или средней степени литификации, которые должны рассматриваться как вмещающая толща подземных частей высотных со¬оружений, анализ деформирования базируется на их оценке как тонкопори¬стой среды. В1 таком случае осадки глинистой породы формируются за счет фильтрационной консолидации и/или ползучести скелета в зависимости от соотношения действующих напряжений, структурной прочности и давления начала фильтрационной консолидации. Возможность развития фильтраци¬онной консолидации определяется степенью литификации глинистой поро¬ды, содержанием глинистой фракции, а также консистенцией. Даже в усло¬виях протекания фильтрационной консолидации, мощность зоны ее-разви¬тия мала (до 1 м), что предопределяет нецелесообразность ее учета при
238' . •
оценке деформирования* четвертичных пород. При этом; основными направ¬лениями анализа четвертичных пород является обоснование методики опре¬деления сопротивления» сдвигу для повышения точности расчета устойчиво¬сти стенок и дна котлована, а также возможности прорывов напорных вод.
9. Показано; что? степень трещиноватости является определяющим фактором при оценке механических свойств коренных глин верхнего венда и нижнего кембрия. Предложено учитывать микротрещиноватость путем испытаний образцов различного размера? в лабораторных условиях. На ос¬нове проведенных исследований; образцов? верхнекотлинских глин венда диаметром 35-85 мм сделано два принципиальных вывода: 1) при увеличе¬нии диаметра образца более 60 мм, величина сцепления* стремится к неко-торому постоянному значению, для определения; которого не имеет смысл использовать образцы диметром более 60 мм; 2) изменение уровня напря¬женного состояния не сказывается на результатах исследований масштабно¬го эффекта и его воздействия на сцепление при диаметре образца более 60 мм. При определении модуля общей деформации для образцов небольшого размера диаметром 35-42 мм устанавливается четкая, зависимость,: между модулем; общей деформации и величиной всестороннего давления; для; об¬разцов диаметром больше 60 мм величина модуля имеет отчетливую тен-денцию роста по> мере повышения? всестороннего давления* но не устанав¬ливается зависимость между размером*; образца и модулем^ общей: деформа¬ции: В этом случае рекомендуется: исследование интервала изменения мо¬дуля* общей деформации: Макротрещиноватость глинистых пород рекомен¬дуется учитывать путем введения коэффициента структурного ослабления для сцепления^ модуль общей деформации — определять по формуле К.В. Руппенейта.
10. Предложены общие и специальные инженерно-геологические критерии для оценки сложности освоения и использования подземного про¬странства, при высотном строительстве по двум направлениям: инженерно-
■ ■ ' ■ : 239 ■ f . ...
геологические критерии для обеспечения устойчивости стенок и дна глубо¬кого котлована в процессе ведения* работ нулевого цикла строительства, а. также инженерно-геологические критерии для обеспечения? длительной? ус¬тойчивости высотных зданий в период всего срока их эксплуатации. К чис¬лу общих региональных критериев относятся наличие и влияние напорных водоносных горизонтов; как? четвертичного такси дочетвертичного возраста. На стадии; строительства^ наличие напорных; водоносных горизонтов на не¬значительных глубинах - до 30 м (верхний межморенный, линзы?напорных вод в моренных отложениях) предопределяет вероятность прорывов на-порных вод, более глубоких водоносных горизонтов - возможность восхо¬дящей фильтрации напорных.вод по ослабленным зонами контакта свай или опор (нижний межморенный;.ломоносовский, нижнекотлинскит-редко). 13- процессе эксплуатации высотного сооружения; повсеместное распростра¬нение высоконапорного нижнекотлинского водоносного горизонта приво¬дит к восходящему перетеканию: минерализованных вод через трещинова¬тую толщу коренных глин. К общим критериям отнесены особенности структурно-тектонических условий — наличие разломов'и погребенных до¬лин, наиболее важным; следствием; которых является; трещиноватость, ко¬ренных ГЛИН: ,
11. Подчеркивается* необходимость использования специальных ин¬женерно-геологических критериев, которые должны учитываться; на; стадии строительства или эксплуатации сооружения*. К ним относятся (на стадии строительства): формирование бокового давления и/или пучение дна котло¬вана за счет пластических деформаций; водонасыщенных грунтов и гидро¬динамических сил; развитие плывунов, тиксотропия, а также газодинамиче¬ские явления; в период эксплуатации: вероятность проявления реологиче¬ских процессов коренных пород; влияние контаминации толщи; четвертич;- ных отложений на изменение их состояния и физико-механических свойств; развитие различных видов коррозии.
'' . . 240 '■ • '
12. Показано, что трещиноватость коренных глинистых пород верх¬него венда и нижнего кембрия должно анализироваться, с, позиций ее влия¬ния на прочность и деформируемость глин, водопроницаемость пород и возможность восходящего перетекания вод напорных, водоносных горизон¬тов^. а также специфику распределения напряжений в массиве. Характер и механизм фильтрации подземных вод через; толщу трещиноватых глин оп¬ределяется раскрытием трещин, наличием заполнителя, а также размерами блока. При ширине раскрытия трещин более 1,5 мм возможно формирова¬ние конвективного слабо турбулентного режима с размывом поверхности трещин, при раскрытии 0,5 - 1,5 мм — фильтрация замедляется, менее; 0,5 мм — наблюдается?резкое уменьшение скорости конвективного движения. Меж¬ду минерализованными хлоридными натриевыми водами нижнекотлинского водоносного горизонта и катионами диффузного слоя глин протекают реак¬ции ионного обмена, рост Nat в диффузном слое приводит к диспергации глин, растет их гидрофильность и влажность. Трещиноватость и слоистость коренных глин предопределяет медленное затухание сжимающих напряже¬ний по глубине и асимметричность их распространения, что способствует развитию неравномерных осадок зданий.
13. Подчеркивается* что в процессе ведения работ нулевого цикла строительства и вскрытия глубоких котлованов, на территориях, характери¬зующихся опасностью прорывов; напорных вод, рекомендуется' определять максимальную безопасную величин напора при условии работы; защитного целика на сдвиг по формулам В.А. Мироненко и В.И. Шестакова, либо ИШ; Иванова. При проектировании высотных зданий, с использование свай¬ных фундаментов необходимо учитывать гидродинамическое и гидрохими¬ческое влияние нижнекотлинского водоносного горизонта при восходящем перетекании минерализованных вод через трещиноватые верхнекотлинские глины, что приводит к снижению трения свай по боковой поверхности, а также развитию коррозии конструкционных материалов. Усиление взвеши-
:■ 241
вающего эффекта в толще коренных глин за счет постепенного рюста под¬земного уровня этого горизонта может приводить с одной стороны к сниже¬нию веса сооружения, с другой — увеличению мощности активной зоны в основании сооружения. Кроме того, необходимо учитывать высокую агрес¬сивность вод нижнекотлинского водоносного горизонта по отношению к конструкционным материалам, в том числе биокоррозию: ,
14. Отмечается, что для коренных пород верхнего венда и нижнего кембрия при исследовании напряженно-деформированного-состояния пород во времени особое внимание должно быть уделено процессам ползучести. На основе анализа ранее проведенных исследований показано, что сниже¬ние прочности у нижнекембрийских синих глин вог времени достигает 35%, для верхнекотлинских глин верхнего венда прочность снижается на 25%.
15: Рассмотрены основные нормативные документы по проектиро¬
ванию и строительству высотных зданий, разработанные в Москве и Санкт- Петербурге. Показано, что они не имеют доказательной базы, поскольку от¬сутствует достаточный опыт возведения таких сооружений в отечественной практике. Особенности инженерно-геологических исследований для целей про¬ектирования и строительства высотных зданий в сложных условиях Санкт- Петербурга практически не рассматриваются, что требует совершенствования и до¬полнения нормативной базы.
16. Показано, что одним из важных аспектов инженерно-геологических исследований является оценка инженерно-экологических условий по двум направ¬лениям: 1) констатация преобразования компонентов подземного пространства (грунтов, подземных вод, газов, микробиотьг) за счет длительного периода освоения и использования территории Санкт-Петербурга; 2) прогноз трансформации компо¬нентов подземного пространства во времени, в том числе за счет функционирова¬ния нового, в данном случае высотного, сооружения. Степень загрязнения подзем¬ного пространства предложено исследовать по следующим позициям: микробная пораженность песчано-глинистых грунтов, степень и характер загрязнения; подзем¬
ных вод, взаимосвязь состояния и физико-механических свойств грунтов с загряз-ненностью. Наличие микробиоты рекомендуется оценивать путем определения суммарного белка микробного генезиса (БМ). Химический состав подземных вод рекомендуется исследовать по глубине разреза не только с точки зрения/ коррози¬онной агрессивности, но и с точки зрения влияния на состояние и свойства глини¬стых грунтов. Помимо требований нормативных документов,.рекомендуется опре¬делять такие показатели как Eh-pH, NH*+, H2S в полевыхусловиях, а также величи¬ны ХПК, БПК, и содержания нефтепродуктов в лабораторных условиях: Прогнози¬рование трансформации компонентов подземного пространства в процессе экс¬плуатации сооружения необходимо проводить путем моделирования, основными целями которого является оценка преобразования физико-механических свойств грунтов основания, переход глин в квазипластичное состояние, развитие плывун¬ных свойств у песков.
17. Отмечены особенности проведения полевых инженерно-геологических исследований для целей высотного строительства. В комплекс изысканий обяза¬тельно включение геофизических работ с целью определения зон тектонических разломов, установления положения подземного рельефа кровли коренных пород, выявления интенсивности трещиноватости глин верхнего венда и нижнего кем¬брия, оценки деформационных свойств.грунтов. Для решения таких задач рекомен¬дуется применять наземные геофизические методы — сейсмические работы мето¬дом отраженных волн, электроразведочные работы методом переходных процес¬сов, а также методы сопротивления. Скважинные методы для поставленных задач должны включать сейсмоакустические работы (вертикальное сейсмическое профи¬лирование, межскважинное просвечивание), а также радиоволновые (межскважин- ное радиоволновое просвечивание). Для установления зависимостей между упру¬гими свойствами грунтов по геофизическим данным и их механическими свойст¬вами по данным полевых инженерно-геологических методов необходимо накопле¬ние такого опьгга непосредственно применительно к разрезу Санкт-Петербурга. Бу¬ровые инженерно-геологические скважины для целей высотного строительства
должны иметь глубину, захватывающую не только зону основания, но и достаточ¬ную для изучения возможности восходящего перетекания вод напорных водонос¬ных горизонтов, кроме того, в процессе бурение обязательно вести документацию трещиноватости коренных пород. Среди полевых инженерно-геологических мето¬дов наиболее перспективным для целей высотного строительства являются прес- сиометрические испытания, поскольку являются прямым методом определения де¬формационных свойств на значительной глубине.
С ТІ
18. Предложено для определения физического состояния глинистых пород использовать зависимость скорости деформирования от сдвигающего усилия. Гли¬нистый грунт при одной и той же влажности и, следовательно, показатели конси-
•1
стенции будет иметь различное физическое состояние. При определении физиче¬ского состояния одним из наиболее важных моментов является оценка.возможно- сти проявления плывунных свойств. Кроме того, необходимо анализировать склон¬ность песков к суффозии. Для получения корректных параметров механических свойств глинистых грунтов показана необходимость применения трехосных испы¬таний по неконсолидированно-недренированной схеме, которые наилучшим обра¬зом моделируют поведение грунта в основании сооружения. Отмечены недостатки определения деформационных свойств в компрессионных приборах, а также пара¬метров сопротивления сдвигу метом одноплоскостного среза. Показана необходи¬мость использования одноплоскостного среза для определения сцепления и угла внутреннего трения по трещинам. Отмечается необходимость прогнозирования из¬менения физико-механических свойств коренных пород верхнего венда под дейст¬вием минерализованных хлоридных натриевых вод нижнекотлинского водоносно¬го горизонта.