Особенности геотехнических обследований существующей застройки для подземного строительства

Геотехнические обследования зданий и сооружений для решения задач подземного строительства проводятся специализированными организациями в соответствии с техническим заданием и должны дать исчерпывающий анализ состояния существующих оснований и фундаментов, обеспечить комплексное изучение условий влияния нового подземного строительства на существующие здания, быть достаточными для выбора наиболее надежного и экономически целесообразного проектного решения. Чаще обследованиям подлежат объекты, по которым нет достаточно достоверной информации об их фундаментах и инженерно-геологическим условиях.
Такое задание помимо традиционной для инженерно-геологических изысканий информации должно, в частности, содержать:
- наименование и сроки эксплуатации объекта реконструкции;
- наименование и адрес организации-исполнителя первоначального проекта строительства существующего здания (сооружения);
- ведомости о целях подземного строительства и реконструкции, технические характеристики сооружений до и после подземного строительства и реконструкции (размеры в плане, высота, этажность, тип и параметры оснований и фундаментов);
- данные о действующих и будущих, в том числе динамических и переменных статических, нагрузках на основание;
- положение в плане здания относительно подземного сооружения;
- информацию об особенностях технологического процесса при возведении подземного сооружения;
- данные о наличии в непосредственной близости от объекта обследования водонесущих коммуникаций, искусственных и природных водоемов, дамб, подпорных сооружений и других режимообразующих факторов;
- возможности и варианты усиления фундаментов и закрепления грунтов;
- особые требования к материалам инженерно-геологических обследований, точность и обеспеченность данных, которые следует получить.
Составлению этой программы предшествуют сбор и детальное изучение архивных материалов инженерно-геологических изысканий на площадке строительства, проектов существующего здания и инженерной подготовки территории, возможных данных наблюдений за деформациями оснований здания, документов о состоянии защитных сооружений и подземных коммуникаций, визуальный осмотр здания для выявления деформаций конструкций, вызванных деформациями основания. Состав, объем, методика инженерно-геологических изысканий зависят от видов строительства и реконструкции, геотехнической категории, уровня ответственности здания (сооружения) и его технического состояния.
Геотехническую категорию объекта назначают с учетом технических параметров, состояния, значимости здания, вида и целей реконструкции, срока эксплуатации, возможного его влияния на окружающую среду, сформировавшиеся инженерно-геологические условия.
Число скважин и точек зондирования принимают достаточным для определения условий залегания и свойств грунтов в пределах всей сжимаемой толщи, выделения участков с измененным от техногенного влияния грунтом. Самый распространенный и одновременно достоверный метод обследований существующих оснований и фундаментов - проходка шурфов до подошвы фундаментов основных несущих стен или колон. При этом устанавливают конструкцию, размеры в плане и глубину заложения (рис. 2.5), техническое состояние фундаментов (неразрушающими способами определяют прочность его материала), возможное наличие свай, наличие и состояние противокапиллярной гидроизоляции, путем отбора монолитов или колец с грунтом с их последующими лабораторными испытаниями устанавливают фактические значения характеристик грунта под подошвой фундаментов (в пределах возможной зоны уплотнения).
Длину и сплошность бетонных и железобетонных свай определяют по динамическим тестам ITS, а их несущую способность - статическими испытаниями после срубки их участка непосредственно под ростверком и установки на сформировавшуюся голову сваи насадки и домкрата, упором которому обычно служит ростверк.

Следует предостеречь геотехников в использовании при проектировании повышающих коэффициентов mk на значения модулей деформации слабых грунтов (E < 5 МПа), полученных по данным компрессионных испытаний. Итоги длительных (25-40 лет) геодезических наблюдений за осадками зданий и сооружений на этих грунтах, выполненные профессорами H.Л. Зоценком, С.Н. Сотниковым, Р.А. Усмановым и авторами этой книги, показали, что для расчета осадок их оснований корректно использовать данные компрессионных испытаний этих грунтов без повышающих коэффициентов mk.
Например, на рис. 2.6 показаны последствия сверхнормативных (до 30 см при допустимой величине Su = 15 см) осадок оснований (водонасыщенные лессовидные грунты с E < 5 МПа до глубины 9-9,5 м) плитных фундаментов (диаметр поперечного сечения соответственно 15,5, 18,4, 23,5 м при глубине заложения 2,2 м) 30 металлических силосных корпусов (трех типов: на 2370; 3818; 6230 т зерна при среднем давлении под подошвой фундаментов 180-205 кПа) цилиндрической формы зернохранилища под г. Прилуки Черниговской области.
Проектировщики ошибочно применили повышающие коэффициенты mk к итогам компрессионных испытаний. В результате величины модуля
деформации грунтов непосредственно под подошвой фундамента оказались завышенными в 2-3 раза, что уже в первый год эксплуатации этих силосных корпусов привело к существенному превышению предельных значений осадок таких сооружений (рис. 2.6, б) и, как следствие, к проблемам в эксплуатации подсилосных галерей соседних силосов (рис. 2.6, в).

По материалам инженерно-геологических обследований существующей застройки составляют технический отчет, содержащий:
- исходные данные и планируемую техническую характеристику нового объекта;
- описание общего технического состояния по визуальному осмотру;
- описание его конструкций и их состояния с указанием прочностных характеристик материалов;
- данные о напластовании грунтов с высотными привязками, указанием уровня грунтовых вод, его положения по прогнозу, водоупоров, водовмещающих пород; планы несущих конструкций и фундаментов;
- планы подземных сооружений и коммуникаций; данные о наблюдении осадок; описание шурфов и скважин; геологические разрезы по основным линиям расположения несущих конструкций;
- физико-механические характеристики грунтов;
- результаты поверочных расчетов существующих оснований и фундаментов на ныне действующие нагрузки, а также нагрузки и воздействия, вызванные устройством подземного сооружения, в том числе итоги численного моделирования методом конечных элементов (МКЭ) с использованием лицензированных программных комплексов для оценивания напряженно-деформированного состояния (НДС) системы «существующее здание - его фундамент - массив окружающего грунта - проектируемое подземное сооружение» и т.п.