Инженерно-геологическое обоснование строительства высотных зданий в г. Санкт-Петербурге

Для оценки модуля общей  деформации можно воспользоваться  формулой К.В. Руппенейта: , где n – число систем трещин; Е₀^Т, Е₀^НТ – модуль общей деформации трещиноватого массива и в образце соответственно; θ_i – среднее значение угла между трещинами i-й системы и вертикальной осью; η_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 пространства// Р.Э. Дашко, А.М. Жукова// Записки Горного института. Т.189. СПб, СПГГИ (ТУ), 2011, с.18-22.