Стало не по себе? Не спешите обходить участок строительства по радиусу в 500 метров. Разберемся, как можно получить надёжную опору от того, что находится в «висячем» положении.
— А что, картошка? Ты думаешь, картошка – это так вот просто, сварил и съел? Не тут-то было! Из картошки знаешь, сколько можно блюд приготовить? А ну, считай: картошка жареная, отварная, пюре, картофель фри, картофель пай. Картофельные пирожки с мясом, с грибами и так далее. Картофельные оладьи, картофельная запеканка, картофель тушеный с черносливом, картофель тушеный с лавровым листом и с перцем, картофель молодой отварной с укропом, шаньги… (Х/ф «Девчата», 1961 г)
Я не случайно вспомнил этот отрывок из старого советского фильма. Как же ошибаются те, кто считает, что свая – это некий «столб», простой и безыскусный, как картофельный клубень. Сегодняшние сваи бесконечно далеко ушли от прадедов — деревянных бревен. Они могут быть бетонными, стальными, железобетонными, комбинированными – по материалам. Забивными, вдавливаемыми, вкручиваемыми, буровыми, набивными, буронабивными – по способу, которым они попадают в грунт. Их могут сделать заранее и погрузить в шахту или изготовить прямо в ней. По методу работы свая может быть висячей или опорой- стойкой. Современная свая – само по себе искусное инженерное сооружение.
А можно еще так. 1988 г. Экспериментальный способ доставки свай в грунт — «застреливание», в данном примере — сквозь воду. Армейское орудие перепрофилировано для строительных целей. Глубина забивки увеличена в 2-2,5 раза за один выстрел в «в сравнении с иным использованием той же энергии».
Источник.
А теперь еще усложним задачу – сваи работают в группе — свайном поле. В рамках поля свайные параметры могут меняться. Рецептуру поля прописывают геотехники – свою, в каждом отдельно взятом случае. В случае башни «Лахта центра» — уникального сооружения в грунтовых условиях третьей, самой сложной категории – эта рецептура составлена виртуозно.
Туман над свайным полем «Лахта центра». 2013 г
А НУЖНЫ ЛИ СВАИ?
При всей очевидности ответа, он не очевиден. Высотные здания в принципе могут обойтись и без них. Пока несостоявшийся петербургский небоскреб Ingria Tower (165 м), который должны возводить на Поклонной горе, по проекту не имеет свай – только плиту. Конечно, не от хорошей жизни: под землей в этом месте проходит зона влияния тоннелей метро. Тем не менее, расчеты компании подтверждали надежность конструкции, впоследствии решение одобрила «Главгосэкспертиза».
Проект строительства не получил согласования «Госстройнадзора». Не из-за свай. Причина – несоответствие Градплану и «лишний» подземный этаж. Авторы проекта – «Архитектурная мастерская Царицына». Фотоисточник
Может, и в «Лахта центре» обойтись без свай? Просто сделать плиту помощнее да поглубже?
Первое, что делают геотехники, получив результаты подземных изысканий – отвечают на этот вопрос. Вердикт однозначен – строительство на естественном основании для «Лахта центра» невозможно. Опорные слои — вендские глины, расположены слишком глубоко. Как не заглубляй фундаментную плиту, до них все равно далеко.
Даже если бы опорный слой был близко – без свай не обойтись. На то есть причина.
ЧЕГО БОЯТСЯ ГЕОТЕХНИКИ
Любое здание дает осадку. Механику процесса легко представить – вы садитесь на диван и продавливаете подушку.
Здание и грунт работают также
Сама по себе осадка не представляет угрозы. Проблемы начинаются только когда она проходит неравномерно. Страшный сон любого геотехника – это крен или прогиб фундамента до закритического состояния.
В случае супертолла ставки растут. Не только из-за высоты башни.
В «Лахта центре», как в большинстве современных небоскребов, основной элемент системы устойчивости – ядро.
У петербургской башни оно железобетонное, очень массивное – толщина стены от 2,5 до 0,8 метра с утоньшением по мере набора высоты. Диаметр тоже убывает, максимальный радиус – 26 метров в основании башни.
Большая часть нагрузки на фундамент должна прийтись именно на этот 26-метровый участок.
Ядро «Лахта центра» на уровне фундамента. 2015 г
БЛЮДЦЕ, СУПОВАЯ ТАРЕЛКА ИЛИ СТАКАН
Наибольшее давление на основание – по центру, наименьшее – по краям. Сплошная плита фундамента будет прогибаться. В «стакан» она, конечно не превратится – закритическое состояние наступит еще на этапе «суповой тарелки».
Можно сделать плиту жестче – больше арматуры, больше железобетона, больше прочности! По расчетам, требуемая жесткость достижима в плите толщиной 8 метров.
Таких монолитных плит в мире нет. Небоскреб Messe Torhaus (Франкфурт) имеет в фундаменте 6-метровые участки. Больше такой подвиг никто не повторял.
Messe Torhaus, 117 м. Фотоисточник
Есть причина, по которой никто и никогда не будет делать плиту толщиной 8 метров из бетона. Парадоксально, но она просто не будет прочной. Это произойдёт из-за появления трещин во время остывания бетонной смеси. Управлять процессом экзотермии на монолите такой толщины вряд ли возможно.
Фото из инстаграма Саратовского завода бетонных смесей.
Messe строили в 1983-84-м, сейчас есть более эффективное техническое решение – коробчатый фундамент. Чтобы не отходить далеко от свайной темы, пока просто примем как факт – под башней «Лахта центр» в итоге фундамент именно такой, коробчатый. Как он работает на равномерное распределение нагрузок, расскажем в отдельном посте.
Коробчатый фундамент не даст плите уподобиться суповой тарелке. Но добиться идеально одинакового давления по всей площади основания ему все же не под силу. Чтобы предотвратить эффект «блюдца», в бой вступает свайное поле.
СИНХРОНИЗАЦИЯ ОСАДКИ
Первое, что нужно знать для создания равномерной осадки – как нагружены разные участки под основанием.
Посмотрим на схему.
Три зоны нагрузки
Первый сюрприз – благодаря коробчатому фундаменту теперь под центром будут малонагруженные сваи.
Зона повышенного внимания – вторая, между центром и периферией — значительная нагрузка из-под ствола здания перешла в эту зону. Дальше – за контуром здания, на периферии, давление ослабевает.
Теперь нужно сделать так, чтобы все участки оседали синхронно. Дирижировать оркестром будут геотехники.
Есть три параметра свай, которые можно регулировать.
Первый – длина. Она повышает несущую способность сваи и замедляет скорость осадки. За контуром здания — сваи по 55 метров. Внутри — на десять метров длиннее.
Второй параметр – частота свайного шага. Под ядром и в периферии он равен 5 метрам. В зоне концентрации нагрузки «ускоряется» до 3-4 метров.
Свайное поле под башней. Темным значком обозначены сваи длиной 65 м., светлым — 55 м.
Третье – ширина сваи. Она не меняется – диаметр всех конструкций — 2 метра. Это – самые широкие сваи в мире.
Подготовка армокаркаса сваи
Ширина повышает несущую способность. По расчетам, средняя нагрузка на сваи – 2 545 Тс при двойном запасе несущей способности и прочности.
ТАК ЧТО ТАКОЕ ВИСЯЧАЯ СВАЯ
Многие считают, что свая — это такой аналог «ног»: здание опирается на свайные «конечности» как человек – на ноги. Такое сравнение отчасти справедливо. В случае со сваей-стойкой опора идет на конец конструкции. Ее даже называют анатомически и ласково — «пята». Для простых случаев работы пяты достаточно.
В Петербурге сваи часто имеют длину не более 20 метров. Их упирают пятой в слой морены, представляющий собой скопление обломков горных пород. Получается хорошо – и свая плотно уперлась, и валуны разбуривать и извлекать не нужно.
Свая становится висячей, когда основная несущая способность обеспечивается не пятой, а боками за счет того, что между боковой поверхностью свай и грунтом возникает трение. У «Лахта центра» 85 % несущей нагрузки обеспечено именно боковыми поверхностями свай.
Схема передачи нагрузки сваями на грунты основания. Источник
Что надежнее – стойка или висячая свая?
Большинство уникальных зданий с фундаментами глубокого заложения стоит на висячих сваях. Можете держать пари – если перед вами небоскреб и нескальных грунт – вероятность висячих свай приближена к 100%.
Но это не значит, что сваи-стойки ненадёжны. Тип свай определяется характеристиками здания и грунта. Каждый тип хорош на своем месте.
ИТОГОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ
По результатам расчетов минимальная осадка составит 84,8 мм, максимальная – 121,9 мм за весь период. О равномерности можно судить по следующей цифре — крен фундамента с учетом ветровой нагрузки — 0,00016. Шестнадцать стотысячных — такое не всякой техникой зафиксируешь.
—
В следующем посте читайте об изготовлении свай для «Лахта центра»: как не потерять направление при бурении? Что делать с валунами? Где и зачем поставили датчики в сваях? Как проводили съемки на глубине 82 метра и что там снимать?
—
Консультант:
В.М. Лукин – руководитель проекта по железобетонным конструкциям «Лахта центра», к.т.н.
Источник
