Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 История освоения территории приморского района санкт-петербурга (прошлое, настоящее, будущее) 12
1.1 Этапы использования и контаминации территории, занимаемой Приморским районом, в историческом аспекте 15
1.2 Перспективы освоения территории и использования подземного пространства Приморского района до 2025 г 44
1.3 Выводы по главе 1 52
ГЛАВА 2 Специфика формирования и изменения инженерно-геологических условий приморского района 54
2.1. Особенности структурно-тектонических условий Приморского района и развитие погребенных долин 54
2.2. Влияние болот и заболоченных территорий на состав, состояние и физико-механические свойства четвертичных песчано-глинистых грунтов 65
2.3 Моренные отложения как несущий горизонт для свайных фундаментов и среда размещения подземных сооружений различного назначения 84
2.4 Инженерно-геологическая характеристика верхнекотлинских глин как трещиновато-блочной среды 97
2.5 Специфика воздействия гидрогеологических условий района на строительство и эксплуатацию наземных и подземных сооружений различного назначения 108
2.6 Выводы по главе 2 123
ГЛАВА 3 Инженерно-геологическое обеспечение строительства и эксплуатации высотных зданий в приморском районе 125
3.1 Общие положения о строительстве высотных зданий 125
3.2 Основные инженерно-геологические и гидрогеологические факторы, определяющие безопасность строительства высотных зданий 130
3.3 Принципы изучения инженерно-геологических условий территорий для высотного строительства 139
3.3.1 Существующая нормативная база для проведения инженерно-геологических исследований под высотные здания 139
3.3.2 Анализ и принципы изучения инженерно-экологических условий территории предполагаемого высотного строительства 145
3.3.3 Принципы изучения инженерно-геологических особенностей территории высотной застройки 155
3.4 Трещиноватые верхнекотлинские глины верхнего венда как несущий горизонт для высотных зданий 168
3.4.1 Особенности развития деформаций трещиноватой толщи глинистых отложений в соответствии с их природой прочности 174
3.5 Инженерно-геологические подходы к типизации территории Приморского района по сложности освоения и использования его подземного пространства для наземного строительства 179
3.5.1 Обоснование принципов инженерно-геологической типизации территории Приморского района для наземного строительства 183
3.6 Выводы по главе 3 188
ГЛАВА 4 Инженерно-геологическое обоснование строительства и эксплуатации подземных транспортных сооружений 191
4.1 Анализ действующих нормативов по инженерным изысканиям для метрополитенов 193
4.2 Сравнительный анализ длительной устойчивости подземных сооружений метрополитена в четвертичных и дочетвертичных отложениях 204
4.2.1 Основные положения и краткие сведения о существующих технологиях проходки тоннелей метрополитенов 204
4.2.2 Анализ эксплуатационной надежности перегонных тоннелей, приуроченных к верхнекотлинским глинам верхнего венда, по результатам их обследования 208
4.2.3 Условия эксплуатации трассы «Автово-Ленинский-пр. Ветеранов» в четвертичных отложениях 223
4.3 Инженерно-геологические факторы, определяющие безопасность строительства и эксплуатации перегонных тоннелей в Приморском районе 236
4.4 Инженерно-геологические подходы к типизации территории Приморского района по сложности освоения и использования его подземного пространства для подземного строительства 242
4.4.1 Обоснование принципов инженерно-геологической типизации территории Приморского района для подземного строительства .242
4.5 Выводы по главе 4 246
Заключение .
Список источников
- Перспективы освоения территории и использования подземного пространства Приморского района до 2025 г
- Влияние болот и заболоченных территорий на состав, состояние и физико-механические свойства четвертичных песчано-глинистых грунтов
- Принципы изучения инженерно-геологических условий территорий для высотного строительства
- Сравнительный анализ длительной устойчивости подземных сооружений метрополитена в четвертичных и дочетвертичных отложениях
Введение к работе
Актуальность. Приморский район, расположенный в северозападной части Санкт-Петербурга, рассматривается как один из самых крупных, динамично развивающихся районов города, в пределах которого размещается природоохранная территория - Юнтоловский региональный комплексный заказник, в состав которого входит Лахтинское болото площадью 7,1 км2. Следует отметить, что до начала освоения территорию современного Приморского района покрывали болота различного типа, которые при инженерной подготовке территории частично снимались либо засыпались (намывались) глинисто-песчаными грунтами. Наличие болотных отложений предопределяет специфичность физико-химических и биохимических условий в подземном пространстве - формирование восстановительной обстановки и активизацию деятельности микроорганизмов в подстилающих отложениях.
Согласно генеральному плану освоения и использования территории города Санкт-Петербурга, в пределах Приморского района, наряду с массовым строительством жилых зданий, ведется возведение уникального 86-ти этажного высотного здания «Лахта центра», местом расположения которого выбран западный берег Лахтинского разлива Невской губы. Планируется проходка трёх веток метрополитена, две из которых являются продолжением 5-ой и 2-ой линий, а третья - новая трасса, которая будет располагаться вдоль западного побережья Лахтинского разлива. Кроме того, в рассматриваемом районе осуществляется прокладка сети тоннельных канализационных коллекторов средней глубины заложения, ведется строительство центрального участка скоростной автодорожной трассы Западного скоростного диаметра (ЗСД), а также новых транспортных магистралей.
При оценке инженерно-геологических условий Приморского района необходимо принять во внимание наличие региональных тектонических разломов различного направления, определяющих степень трещиноватости верхнекотлинских глин и нижнекотлинских песчаников. Субширотный тектонический разлом трассирует положение глубокой палеодолины с эрозионным врезом в коренные глины более 90 м. В тальвеге этой погребенной долины локально вскрывается высоконапорный вендский водоносный комплекс, содержащий воды с повышенной минерализацией, и отмечается их
восходящее перетекание через трещиноватую толщу глин, что следует учитывать, в первую очередь, при проходке перегонных тоннелей метрополитена под тальвегами палеодолин и устройстве свайных фундаментов глубокого заложения.
Кроме того, необходимо также рассматривать экологическое состояние района, в пределах которого располагается большое количество свалок различного состава и возраста, оказывающих негативное влияние на все компоненты подземного пространства до глубины 50-70 м, прежде всего, на состояние и свойства песчано-глинистых грунтов и состав подземных вод, а также на активизацию и/или развитие инженерно-геологических процессов.
Проблемами инженерно-геологического повышения
безопасности строительства и эксплуатации наземных и подземных
сооружений в сложных инженерно-геологических условиях занимались
Е.М. Сергеев, В.Д. Ломтадзе, В.И. Осипов, Р.С. Зиангиров,
В.Т. Трофимов, Ф.В. Котлов, В.А. Королев, В.М. Кнатько,
Г.С. Голодковская, И.П. Иванов, Р.Э. Дашко, Ю.А. Норватов, Е.М. Пашкин, А.Г. Протосеня, В.М. Улицкий, А.Г. Шашкин и др.
Инженерно-геологическое обеспечение безопасности
строительства и длительной эксплуатации наземных и подземных сооружений в пределах Приморского района следует рассматривать как одну из важных задач в связи с проектированием и возведением объектов высокого класса капитальности в условиях активного техногенеза компонентов подземного пространства и развития слабых водонасыщенных песчано-глинистых грунтов.
Цель работы. Повышение безопасности строительства и длительной устойчивости наземных и подземных сооружений на основе комплексного анализа и оценки инженерно-геологических условий с учетом широкого развития болотных отложений и свалок различного состава, негативное воздействие которых отражается на состоянии и физико-механических свойствах песчано-глинистых грунтов, составе подземных вод и развитии инженерно-геологических процессов.
Основные задачи исследований
1. Оценка влияния болот и контаминации подземной
среды на изменение состава, состояния и физико-механических свойств водонасыщенных песчано-глинистых грунтов и их микробной пораженности в разрезе четвертичной толщи и верхнекотлинских глин верхнего венда.
-
Обоснование инженерно-геологических, гидрогеологических и экологических факторов для оценки длительной устойчивости наземных и подземных сооружений, взаимодействующих с четвертичными и верхнекотлинскими глинами верхнего венда в разрезе подземного пространства Приморского района Санкт-Петербурга.
-
Разработка научно-практических принципов инженерно-геологической типизации Приморского района для строительства наземных и подземных сооружений
-
Инженерно-геологическое обеспечение расчетов длительной устойчивости подземных и наземных сооружений в условиях многокомпонентного подземного пространства.
Фактический материал и личный вклад автора
Диссертация является продолжением научных исследований
инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга, в том числе
Приморского района, проводимых на кафедре гидрогеологии и
инженерной геологии Горного университета. Автором работы
выполнен анализ большого объема фондовых материалов по
инженерно-геологическим условиям Приморского района Санкт-
Петербурга, включая его структурно-тектонические,
гидрогеологические и экологические условия. Кроме того, автором
производилась полевая документация скважин, а также
экспериментальные исследования состава, состояния и физико-
механических свойств грунтов четвертичной толщи с целью
установления влияния болотных отложений на прочность и
деформационную способность дисперсных грунтов Приморского
района, а также прогнозирования развития опасных инженерно-
геологических процессов в подземной среде, в том числе под влиянием
деятельности микроорганизмов. Выполнена инженерно-геологическая
оценка условий строительства для обеспечения эксплуатационной
надежности перегонных тоннелей метрополитена в Приморском районе
Санкт-Петербурга при различной глубине их заложения (в
четвертичных грунтах и в верхнекотлинских глинах) с использованием
метода аналогий на основе анализа опыта функционирования
подземных выработок Петербургского метрополитена.
Основные методы исследований. Теоретический анализ формирования и изменения инженерно-геологических условий территории, экспериментальные исследования состава, состояния и
физико-механических свойств четвертичных и верхнекотлинских глин верхнего венда с применением современного оборудования, исследование компонентного состава подземных вод в полевых и лабораторных условиях в разрезах отдельных участков Приморского района с изучением микробной составляющей; применялись прямые методы микробиологических исследований для установления численности и видового состава аэробных, факультативных и анаэробных форм микроорганизмов, в том числе генерирующих биохимические газы, а также косвенный биохимический метод М.Бредфорд для определения закономерностей изменения содержания микробной массы по глубине разреза; использование модели квазипластичной среды для обоснования расчетов устойчивости сооружений, возводимых на пластичных грунтах с высокой микробной пораженностью.
Научная новизна работы
На основании теоретического анализа формирования и преобразования моренных отложений под воздействием физико-химических процессов и активизации микробной деятельности и выполненных экспериментальных исследований установлены закономерности их деформационного поведения для оценки изменения несущей способности грунтов в основании сооружений.
Впервые исследованы физиологические группы микроорганизмов в разрезе Лахтинского болота (краевая зона) и установлены особенности изменения их численности по глубине в различных типах грунтов с использованием прямых и косвенных методов, а также изучено влияние микробиоты на состояние и физико-механические свойства песчано-глинистых разностей.
Разработаны научно-практические основы и произведена инженерно-геологическая типизация территории Приморского района для оценки взаимодействия наземных объектов и ответственных подземных сооружений с компонентами подземного пространства с учетом особенностей структурно-тектонических условий, определяющих рельеф кровли верхнекотлинских глин верхнего венда и степень их трещиноватости, гидродинамический и гидрохимический режимы водоносных горизонтов, а также специфики контаминации подземной среды.
Защищаемые положения
1. Безопасность строительства и эксплуатации подземных
и наземных сооружений различного уровня сложности в Приморском районе должна базироваться на комплексном подходе к оценке взаимодействия сооружений с многокомпонентным подземным пространством при обязательном учете влияния природных и техногенных контаминантов на песчано-глинистые грунты и подземные воды.
-
Наличие органической компоненты в верхней части разреза природного и техногенного генезиса (торфяных отложений, свалок различного состава и других контаминантов) предопределяет глубокую трансформацию окислительно-восстановительных и биохимических условий в подземной среде, что приводит к развитию опасных инженерно-геологических процессов, в том числе плывунов, биохимической газогенерации и биокоррозии конструкционных материалов во вмещающей среде.
-
Инженерно-геологическая типизация территории Приморского района с учетом сложности, многокомпонентности и контаминации подземного пространства дает возможность повысить уровень надежности и достоверности инженерно-геологической информации для проектирования, строительства и обеспечения длительной устойчивости конкретных наземных и подземных сооружений.
Практическая значимость работы
Разработаны новые методические подходы при проведении инженерно-геологических исследований в пределах территорий с широким развитием болот и заболоченных участков для строительства и эксплуатации наземных сооружений.
Выделены основные инженерно-геологические факторы, определяющие эксплуатационную надежность перегонных тоннелей в четвертичных и дочетвертичных песчано-глинистых отложениях.
Учтена специфика инженерно-геологических, гидрогеологических и экологических условий для обоснования типизации подземного пространства Приморского района с целью его освоения и использования при строительстве сооружений различного назначения.
Достоверность научных положений и выводов,
сформулированных в диссертационной работе, базируется на анализе большого объема фондовых материалов по изучению инженерно-геологических, гидрогеологических и экологических особенностей
разреза территории Приморского района, а также полевых и
лабораторных исследованиях прочности и деформационной
способности песчано-глинистых пород различного возраста. В
диссертационной работе широко применялись теоретические, научно-
практические и экспериментальные исследования по воздействию
абиотической органической компоненты (растительных остатков
различной степени разложения) и биотической составляющей
(микроорганизмов) на свойства песчано-глинистых грунтов в разрезе
Приморского района Санкт-Петербурга. Кроме того, в работе также
были использованы результаты, полученные в ходе проведения научно-
исследовательских работ при непосредственном участии автора:
«Разработка инновационных технологий по приоритетному
направлению научной школы «Инженерная геология» (2011 г.),
«Геотехническое прогнозирование влияния микробиотической
деятельности на безопасность освоения и использования подземного
пространства мегаполисов и горнопромышленных регионов» (2012 г.),
«Научно-методическое и информационное обеспечение
специализированной лаборатории инженерно-геологической
диагностики компонентов подземного пространства мегаполисов и горнопромышленных регионов» (2013-2014 гг.), а также при поддержке персональных грантов для студентов и аспирантов вузов, отраслевых и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга (2012, 2013 гг.).
Реализация результатов исследований. Результаты,
полученные при подготовке диссертации, рекомендуются к
применению при проектировании подземных и наземных сооружений
не только в пределах территории Приморского района Санкт-
Петербурга, но и в аналогичных инженерно-геологических условиях
мегаполиса и других городов. Полученные результаты работы будут
использованы при совершенствовании нормативных документов по
проведению инженерных изысканий и территориальных строительных
норм, а также рядом организаций, таких как СПб НИИ
градостроительного проектирования, ОАО «Ленниипроект»,
ЗАО «Институт Ленпромстройпроект», ООО «Горниипроект»,
ООО «ГК Геореконструкция» при подготовке проектов для строительства сооружений. Кроме того, разработки по обеспечению эксплуатационной надежности перегонных тоннелей могут быть использованы ОАО «Ленметрогипротранс, ОАО «Метрострой».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: «Полезные ископаемые России и их освоение» («Горный университет», Санкт-Петербург, 2012, 2013, 2014 гг.), «Науки о Земле: устойчивое развитие территорий – теория и практика» (ЧувГУ, г. Чебоксары, 2012 г.), Международная конференция во Фрайбергской горной академии (Фрайберг, Германия, 2013 г.), «Пятнадцатые Сергеевские чтения. Устойчивое развитие: задачи геоэкологии (инженерно-геологические, гидрогеологические и геокриологические аспекты)» (Научный совет РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, Москва, 2013 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 10 статьях, из которых 3 опубликованы в журналах, входящих в перечень, рекомендованный ВАК Минобрнауки Российской Федерации.
Структура работы. Диссертация изложена на 271 странице, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 125 наименований, содержит 96 рисунков, 35 таблиц.
Перспективы освоения территории и использования подземного пространства Приморского района до 2025 г
Транспортные коммуникации района играют особую роль в масштабах города. Помимо обеспечения районных и внутригородских нужд, они связывают город с приграничными областями Российской Федерации, обеспечивают грузо- и пассажиропотоки между Россией и Европой. Наиболее значимыми транспортными коммуникациями являются
Приморское шоссе и железная дорога на Выборг. В настоящее время Приморский район является наиболее перспективным для строительства уникальных объектов наземного и подземного строительства, характеризующихся нетрадиционными архитектурно-планировочными решениями. В связи с этим, при разработке стратегии освоения и использования его подземного пространства, принципиальное значение имеет анализ геоэкологических условий подземной среды, связанный с историческим аспектом контаминации территории и ее природными особенностями, которые должны рассматриваться как один из критериев оценки формирования и изменения инженерно-геологических условий [29].
Этапы использования и контаминации территории, занимаемой Приморским районом, в историческом аспекте
Как известно, до начала освоения территорию современного Санкт-Петербурга, в том числе Приморского района, покрывали болота и заболоченные леса, образованию которых способствовали: 1) морской климат с высокой среднегодовой влажностью воздуха (более 80 %); 2) количество осадков, превышающее испарение; 3) близкое к поверхности залегание водоупорного слоя; 4) высокий уровень стояния грунтовых вод; 5) низкие абсолютные отметки дневной поверхности; 6) понижения в рельефе; 7) периодическое затопление и подтопление территории за счет наводнений [35].
Согласно данным карты Ф.Ф. Шуберта 1698 года, на территории современного Санкт-Петербурга располагались болота преимущественно низинного (евтотрофного) типа, реже переходного (мезотрофного) и верхового (олиготрофного) (рисунок 1.4).
В это же время более 25 км2 территории района занимали открытые болотные массивы и заболоченные леса, в том числе Лахтинское и Старо 16
Болота представляют собой сложную биогеоценозную систему, условия образования и стадии развития которой определяют формирование основных характеристик торфяных отложений, таких как: ботанический состав, степень разложения, влажность, химический состав, зольность. Главной особенностью процесса болотообразования является накопление органических отложений, увеличение содержания быстроразлагающихся органических веществ и прирост биомассы. Болотным комплексам присуще обилие влаги, застойность вод, а также постоянное нарастание сфагновой дернины, торфа и сапропелей [35]. Торфяные отложения в разрезе Приморского района характеризовались значительным разнообразием. Так, в разрезе Лахтинского болота были выделены [99] (рисунок 1.5): - Сфагновый торф - высокоминерализованный темно-желтый или буровато-желтый до коричнево - черного цвета, в верхней части рыхлый, с глубиной более плотный [99]. - Осоково-сфагновый – представлен смесью осоки и сфагнума коричнево-черного цвета. - Осоковый – прослеживается в основании торфяника имеет высокую степень разложения, черного цвета, бесструктурный. - Травяно-древесный - состоит из остатков древесины (березы и ольхи) в смеси с остатками разнотравья, черного цвета, сильно разложившийся. - Осоково - политриховый - состоит из двух компонентов: осоки и политрихума (моха).
Формирование болот происходит по двум основным вариантам: первый – связан с постепенным зарастанием дна водоема ввиду его небольшой глубины и застойности режима; второй – в результате образования сплавин (не коренящихся растений), с постепенным увеличением их мощности (рисунок 1.6).
Источником питания низинных болот служат грунтовые воды совместно с атмосферными осадками. Вне зон техногенного воздействия воды низинных болот характеризуются как слабокислые-околонейтральные, пресные, с повышенной для болотных ландшафтов минерализацией до 300 мг/дм3. Воды содержат соединения калия, азота, фосфора и другие компоненты органической и неорганической природы, необходимые для питания и развития растений, а также микроорганизмы. Состав вод гидрокарбонатный кальциевый, реже натриевый с низкой кислотностью.
Влияние болот и заболоченных территорий на состав, состояние и физико-механические свойства четвертичных песчано-глинистых грунтов
Строительство железных дорог (линейных контаминантов), начавшееся в последней четверти XIX века, ознаменовало третий этап техногенного воздействия на подземную среду будущего Приморского района, связанного с наиболее интенсивным развитием промышленности, когда значительный вклад в контаминацию подземного пространства, наряду с хозяйственно-бытовыми отходами, вносили промышленные воды и свалки, обогащенные тяжелыми металлами (рисунок 1.11) [41].
В конце XIX века на территории будущего Приморского района работали: лесопильный завод, фабрика перевязочных средств, «Первая Российская фабрика наждачных изделий» - ныне АО «Абразивный завод «Ильич», химическая фабрика Мартенса, а также фабрика эмалевых красок, «Катерная судостроительная Санкт-Петербургская верфь моторных судов». В 1909 году открываются первый в России самолетостроительный завод, Русско-Балтийский вагоностроительный завод (в настоящее время «Ленинградский Северный завод») и авиационный завод В.А. Лебедева.
Кроме того, были основаны первый в России завод по ремонту автомобилей, а также кирпичный и клинкерный заводы. В это же время у западной окраины Лахтинского торфяника построили торфозавод [7].
Еще одним активным контаминантом являлся летний ипподром, расположенный вблизи поселка Коломяги, который носил название «Коломяжский» или «Удельнинский» ипподром [102].
Стоит отметить, что в начале ХХ века после открытия торфозавода осуществлялся второй этап мелиоративных работ на Лахтинском болоте [99]. В западной части торфяной залежи, как наиболее мощной зоне, прокладывалась густая сеть канав (через 30-70 м). В процессе добычи торфа болоте формировали карьеры прямоугольной формы длиной в десятки и сотни метров [45]. Добыча торфа сопровождалась параллельным осушением прилегающих участков. На топографической карте 1950-х годов можно отчетливо видны следы торфоразработок (рисунок 1.13).
Со второй четверти ХХ века (четвертый этап контаминации подземной среды) заметное место среди региональных загрязнителей занимают нефтяные углеводороды, наряду с канализационно-бытовыми и промышленными стоками. Значительное количество стоков, обогащенных нефтепродуктами, попадает в грунтовую среду и мигрирует по площади и глубине. Поскольку в ХХ веке освоение подземного пространство связано не только с приповерхностными горизонтами, а прослеживается на глубину, определяемую уровнем заложения выработок метрополитена, особенности контаминации в этот период следует рассматривать отдельно для наземных и подземных сооружений.
Наземное строительство
После революции 1920 года на северном побережье Финского отмечается активное развитие индивидуального жилищного строительства [41]. Значительный прирост населения в отдельных поселках и деревнях уже в 1936 году привел к необходимости объединения их в одну новую административную единицу – Приморский район.
В период с 1946 по 1948 гг. вдоль Приморского проспекта велось строительство жилых зданий, постепенно застраивался район Черной речки, а также Каменки и Коломяг [108]. Территория, расположенная вдоль северного побережья Финского залива, интенсивно осваивалась на запад. В этот период было построено множество зданий как гражданского, так и промышленного назначения, проложены новые автомобильные дороги [41].
Так, были построены завод «Красная звезда», фабрика «Красное Знамя», завод автогаражного оборудования, Русско-Балтийский вагоностроительный завод. Широкое развитие промышленности совместно с уже существующими заводами и фабриками предопределило формирование в районе Черной речки крупной индустриальной зоны «Чернореченская» на берегу Большой Невки (см. рисунок 1.3) [41].
В связи с высокой плотностью застройки районов Черной речки, Старой и Новой Деревень и их высокой заболоченностью, местом перспективной крупнопанельной жилищной и промышленной застройки рассматривалась Лахта, территория которой затапливалась во время наводнений. В связи с этим было принято решение о намыве территории, грунтом, добытым со дна Финского залива и Лахтинского разлива. В 1962 году трест «Гидромеханизация» развернул работы по повышению отметок дневной поверхности до +4,0 м, благодаря чему в январе 1964 года протяженность района возросла в западном направлении. В пределах намытой территории началось строительство жилых зданий [69].
Необходимо отметить, что грунт со дна Финского залива, следует рассматривать как постоянный источник загрязнения подземных вод и грунтов органическими соединениями и микробиотой. Кроме того, намыв песка производился на торфяные отложения, которые часто не снимались, что способствовало усилению техногенного воздействия и формированию восстановительных условий в подземной среде.
В связи с активной застройкой территории в районе Комендантского проспекта в середине 80-х годов ХХ века было засыпано верховье реки Черной, что нарушило связь озера Долгое с водами Большой Невки. В настоящее время озеро Долгое постепенно заболачивается, сокращая свои размеры. Следует отметить, что засыпанные водоемы и водотоки также приводят к обогащению грунтовых вод и пород органическими коллоидами и различными группами микроорганизмов [41].
Принципы изучения инженерно-геологических условий территорий для высотного строительства
Согласно требованиям ТСН для Санкт-Петербурга объект «Лахта центр» имеет повышенный уровень ответственности – 1а, геотехническая категория объектов – III (сложная). В соответствии с нормативным документом СП 11-105-97 (прил. Б) категория сложности инженерно-геологических условий площадки строительства – III (сложная).
В основании башни сооружается 264-и глубинных сваи диаметром 2 м и глубиной 65 м, объединенных плитным ростверком толщиной 3,6 м. Глубина заложения котлована составляет 20 м. Котлованные работы производятся под защитой монолитной железобетонной «стены в грунте» толщиной 1,2 м с заглублением на 30 м [94]. Таким образом, несущие элементы фундамента башни будут уходить под землю на 85 м.
В качестве несущего слоя для свайного фундамента тяжелого здания «Лахта центр» выбраны трещиноватые верхнекотлинские глины верхнего венда, изучение дезинтегрированности которых не находит своего отражения в действующих нормативных документах. Таким образом, учет влияния трещиноватости верхнекотлинских глин на их прочность и деформационные характеристики является обязательным требованием для обеспечения устойчивости сооружения при его проектировании и строительстве. Более детальная инженерно-геологическая оценка пород зоны свайного фундамента высотного здания выполнено в разделах 2.4 и 3.3.
В Приморском районе существует «проблема» транспортной инфраструктуры, поскольку его территория расположена по обе стороны железнодорожных путей и имеет только один переезд в районе Старой Деревни, что способствует созданию здесь значительных «пробок». Наиболее осложненные участки района: вокруг станций метро «Комендантский проспект» и «Пионерская», на улицах Савушкина и Планерная. Решение вопроса транспортной напряженности в соответствии с Генеральным планом предусматривает строительство транспортной развязки между Приморским проспектом и Приморским шоссе, в районе Планерной улицы (конец 2013 года), Западного скоростного диаметра с Кольцевой автодорогой (2013 год), путепровода в районе Туристской улицы (2016 год). Кроме того, планируется увеличить протяженность Суздальского проспекта до его пересечения с дорогой на Каменку и далее до Парашютной и Планерной улиц (2020 год), строительство 49-ой магистрали на пересечении от Суздальского проспекта до Приморского шоссе (2020 год), развязки на пересечении Приморского шоссе с улицей Савушкина и выходом к Лахте (2018 год), моста с западной части Крестовского острова к Яхтенной улице (к 2018 году) [95].
Не менее значимым строительным объектом на территории Приморского района считается трасса новой автомобильной дороги Западного скоростного диаметра (ЗСД) (рисунок 1.21).
К настоящему моменту введены Южный и Северный участки трассы. Южный участок - длиной 11,50 км от транспортной развязки с КАД в районе ст.м. «пр. Ветеранов» до границы Большого морского порта. Северный участок протяженностью 26,15 км выходит за пределы городской застройки в Северо-Западной части города, пересекает КАД на участке Левашовского шоссе и является новым вводом в город автомагистрали Е-18 «Скандинавия» [95].
В сентябре 2013 года началось строительство Центрального участка трассы протяженностью 8,95 км от большого морского порта Санкт-Петербурга до Северо-Приморской части города. Этот отрезок является наиболее сложным с технической стороны, поскольку предполагается строительство уникальных мостовых сооружений: двухуровневого моста на пересечении с главным судоходным фарватером города – Морским каналом, а также мостов над Корабельным и Петровским фарватерами [95]. В пределах суши трасса ЗСД с подъездами проектируется на опорах, фундаментом которых служат буронабивные сваи диаметром 1,2 м с уширением к низу до 1,5 м, длиной 20 - 25 м и нагрузкой на сваю 600 т – 800 т.
Строительство ЗСД позволит решить важнейшие транспортные проблемы Санкт-Петербурга, создав кратчайшую связь между южными, центральными и северными районами города, а также обеспечит автотранспортную доступность пассажирского паромного комплекса, строительство которого ведется на намывных территориях Васильевского острова. Автомобильную дорогу ЗСД полностью планируется ввести в эксплуатацию к концу 2014 года.
Активное гражданское и промышленное строительство предполагает развитие подземных транспортных сооружений – линий метрополитена (рисунок 1.22). В пределах Приморского района планируется строительство трех веток метрополитена, две из которых являются продолжением третьей и второй линий, а третья – новая трасса, которая будет располагаться вдоль западного побережья Лахтинского разлива Невской губы [91]. Открытие новых станций метро «Беговая» и «Туристская» предусмотрено Генпланом в период с 2016 по 2020 годы. Строительство перегонных тоннелей предполагается на небольшой глубине в толще четвертичных и дочетвертичных грунтов.
Перегонный тоннель между станциями «Туристская» и «Планерная» будет постепенно погружаться до 50 м в связи с необходимостью совмещения нового тоннеля с уже подготовленной станцией «Шуваловский проспект».
Сравнительный анализ длительной устойчивости подземных сооружений метрополитена в четвертичных и дочетвертичных отложениях
Вендский водоносный комплекс характеризуется региональным распространением на территории Санкт-Петербурга и его окрестностей и рассматривается как Петербургское месторождение минеральных вод. В центральной части территории города его кровля прослеживается на абсолютных отметках от минус 100 м до минус 125 м с плавным погружением на юго-восток. Вендский комплекс представлен переслаиванием песчаников, алевролитов и глин суммарной мощностью 45-90 м. Пьезометрическая поверхность вендского комплекса устанавливается на глубине 15-20 м от земной поверхности (напор над кровлей комплекса превышает 100 метров). Под действием высоких напоров происходит восходящее перетекание хлоридных натриевых вод через трещиноватую толщу верхнекотлинских глин, которое постоянно фиксировалось при обследовании перегонных тоннелей метрополитена [31].
Работами Горного университета Санкт-Петербурга установлено, что анализ влияния минерализованных вод вендского водоносного комплекса на функционирующие и проектируемые перегонные тоннели должен производиться с учетом особенностей взаимодействия вод при их перетекании с несущими обделками перегонных тоннелей по следующим направлениям [85]: формирование нового напряженно-деформированного состояния толщи пород, вмещающей тоннели, с учетом изменения гидродинамического режима напорных вод вендского водоносного комплекса; преобразование свойств вендских глин при перетекании вендского комплекса за счет диффузионно-осмотических процессов между водой, заполняющей трещины, и блоками глинистых пород при отсутствии их набухания; агрессивное воздействие вод вендского водоносного комплекса на несущие обделки перегонных тоннелей из различных 212 конструкционных материалов (чугун, железобетон и тампонажный раствор).
Гидродинамический режим вендского водоносного комплекса и, соответственно, положение его пьезометрического уровня связаны с варьированием водоотбора для различных нужд города. К настоящему моменту пьезометрическая поверхность вендского комплекса в пределах исследуемой трассы располагается на глубине 15 м.
Изменение уровня пьезометрической поверхности отражается, в первую очередь, на напряженно-деформированном состоянии грунтового массива и давлении на тоннельную конструкцию. Характер вертикальных перемещений перегонных тоннелей по трассе будет определяться результирующим эффектом (АР) от действия следующих составляющих: Рт -давление, создаваемое тоннельной конструкцией; Рпр - давление столба пород (природное давление над кровлей тоннеля); Pc - давление, создаваемое наземными зданиями и сооружениями, Рдн - противодавление за счет восходящего перетекания вод вендского водоносного комплекса, величина которого зависит от действующего градиента напора и степени дезинтегрированности глинистых разностей, определяющей их проницаемость: АР = Рт + Рпр + Pc - Рдн, (4.4)
Из анализа выражения (4.4) следует, что если Рт+Рпр+ Pc Рдн, тоннели будут испытывать только перемещения оседания, причем их величина будет обратно пропорциональна величине модуля общей деформации глин при равенстве действующих давлений. Поскольку тоннель является достаточно протяженной конструкцией, то на величину оседания будет оказывать влияние изменчивость деформационной способности глин в зависимости от их состава, физического состояния, прочности структурных связей пород и трещиноватости толщи, а также величины противодавления вендского комплекса, снижающей величину деформаций тоннеля.
В случае если Рт+Рпр+Рс Рдн - действие гидродинамического давления будет приводить к подъему тоннелей. В условиях работы тоннеля, как водопроницаемой конструкции, разгрузка подземных вод в выработку снижает действие противодавления воды на тоннельную обделку. Следовательно, при восходящем перетекании подземных вод и их разгрузке в тоннель, их силовое воздействие на перегонный тоннель будет снижаться по сравнению с действием напоров на нефильтрующую (неразрушенную) конструкцию.
