Технологии подземного строительства: выбор оптимального решения. Технология «top-down»

В условиях плотной городской застройки и дефицита свободных участков подземное строительство приобретает особую актуальность. Не только в столице, но и в других крупных городах – Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Новосибирске, – под землей наблюдается настоящий «строительный бум».

Однако местная специфика и гидрогеологические условия зачастую делают задачу возведения подземных объектов очень непростой. Это стимулирует застройщиков использовать сложные технологии разработки грунта. Давайте разберемся, от чего зависит выбор оптимального решения.

Современные строительные технологии позволяют проводить подземные работы практически на любой глубине даже в самых сложных инженерных и геологических условиях.

Выбор способа строительства зависит от экономической целесообразности, конструктивных особенностей и назначения строящегося объекта. Как правило, большинство подземных сооружений городской инфраструктуры строится открытым или полузакрытым способом, на глубинах не более 30 м. Оба метода подразумевают устройство котлована с применением различных технологий и специального оборудования.

И просто, и дешево

Наиболее экономичным является способ, при котором открытая разработка котлована производится без специального укрепления его откосов. Борта такой выемки имеют уклон в 30°, благодаря чему грунт не осыпается вниз. «Этот способ – самый дешевый и надежный, сэкономить тут уже почти не на чем, – замечает Михаил Коваленко, начальник участка компании «Строительный Альянс», – но следует понимать, что использовать его, например, в центре города, просто невозможно.

Другое дело, если строительство производится где-то на окраине населенного пункта».
Чаще всего данный способ разработки котлована используется при строительстве на открытом пространстве, в пригородах, в сельской местности. Например, таким способом иногда строят подземные парковки неглубокого залегания.

Впрочем, несмотря на легкость применения этого метода, он имеет ряд ограничений. Во-первых, при увеличении глубины заложения откосы придется делать более пологими – уклона в 30° будет недостаточно. Это не всегда возможно: например, если территория, выделенная под стройку, небольшая.

Во-вторых, при наличии подземных вод необходимо использовать специальную технику для водопонижения, что также может существенно усложнить строительные работы и повысить их стоимость. Тем не менее, устройство котлована без применения ограждающих конструкций осуществляется не так уж и редко.

Экономично, но ненадежно

Распространенным решением при открытой разработке котлована является его шпунтовое ограждение (укрепление откосов шпунтовыми сваями ). Этот метод часто можно наблюдать, например, при открытом способе строительства тоннелей метрополитена, устройстве подземных переходов, возведении оснований для мостов и автомобильных развязок.

В отечественной практике часто используются более экономичные способы, например, с использованием старых труб, которые устанавливают в заранее пробуренные скважины. В этом случае для предотвращения осыпания грунта между сваями крепятся деревянные доски или стальные листы: по мере углубления котлована они размещаются все ниже.

Для усиления ограждения устанавливаются распорки, в качестве которых обычно применяются бывшие в употреблении трубы относительно небольшого диаметра. При достижении необходимой глубины заливается фундамент, делается гидроизоляция и т.д.

Этот метод является традиционным для отечественного строительства и широко используется в городских условиях при сооружении подземных объектов любого назначения — парковок, подземной части зданий, различных инфраструктурных объектов.

Следует отметить, что, в отличие от классического шпунтового, ограждение, образованное стальными трубами, не является водонепроницаемым, поэтому при наличии грунтовых вод без насосного оборудования не обойтись. Еще один минус – большая вероятность деформации ограждающей конструкции, которая не обладает достаточным запасом прочности.

В связи с этим данную технологию проблематично применять в неустойчивых грунтах  и на глубине более 10 м.

Дорого, но эффективно

Постепенно набирает популярность в подземном строительстве полузакрытый  метод под названием «top-down», подразумевающий поярусную разработку грунта. Суть метода заключается в том, что объект возводится сверху вниз, а грунт вынимается из-под заливаемых перекрытий. Это позволяет экономить место и строить буквально «на пятачке», но требует максимально строгого соблюдения технологических норм и особого внимания к используемым материалам и конструкциям, в частности, из-за возможного контакта с грунтовыми водами.

Например, к опалубочной фанере, применяемой для заливки ограждений и перекрытий, предъявляются повышенные требования к прочности, а также влагостойкости, которая особенно важна в сложных гидрогеологических условиях.

Здесь лучшим выбором является ламинированная березовая фанера, у которой эти показатели очень высоки.

«Ламинированная фанера – материал уникальный, у этого материала соотношение «вес/прочность» лучше, чем у стали, – говорит Андрей Кобец, менеджер по развитию продукта группы «СВЕЗА», мирового лидера по производству березовой фанеры. – Причем свои свойства она сохраняет в диапазоне температур от -40 до +50 ºС.

Естественно, что в сложных условиях подземного строительства, включая возведение объектов метрополитена, в опалубочных щитах этот материал применяется повсеместно».

«Качественная ламинированная фанера способна успешно работать практически под водой, – добавляет Геннадий Минкин, специалист ГК «ПромСтройКонтракт». – Например, при строительстве Загорской ГАЭС влагостойкая ламинированная фанера СВЕЗА успешно применялась почти при 100%-й влажности».

Рассмотрим основные особенности строительства по технологии «top-down».

По контуру сооружения возводится так называемая «стена в грунте», которая может быть монолитной или сборно-монолитной. Для этой цели обычно используется бетон с высоким уровнем водонепроницаемости, например, В-50 (М-250).

На начальном этапе стена может заливаться в предварительно выкопанной по периметру здания траншее, после чего из периметра выбирается грунт. Возможен и вариант с предварительной выемкой неглубокого (несколько метров) котлована и укреплением его стен шпунтовыми сваями. Также используется укрепление котлована методом секущихся свай .

Затем на глубине 2-3 метров заливается монолитное перекрытие, которое удерживает стены котлована от обрушения и в то же время является нулевой отметкой для верхнего подземного этажа.

После затвердевания бетона начинаются работы по извлечению грунта из-под готового перекрытия. Как правило, этот процесс осуществляется средствами малой механизации, с помощью которых грунт подается к специальному отверстию в монолитной конструкции, а затем – поднимается наверх.

По мере углубления стены котлована вновь укрепляются бетоном, а при достижении отметки следующего этажа снова заливается очередное перекрытие.

Несмотря на то, что за рубежом этот метод применяется весьма широко, для российских строителей он все еще является экзотикой по причине своей дороговизны и необходимости использовать большое количество специальной техники.

В то же время преимущества метода «top-down» неоспоримы: применение перекрытий в качестве распорок помогает избежать обрушения, а размер рабочей площадки минимален.

«Эта технология позволяет вести строительство уникальных современных объектов самым щадящим способом, за счет минимизации деформации ограждающих конструкций, – рассказывает Сергей Сотников, руководитель геотехнического инженерного бюро «ПЕТЕР-ГИБ» (Санкт-Петербург). – Мониторинг состояния окружающей застройки, который ведется не первый год, подтверждает наши расчеты – влияние на соседние дома незначительно.

Кроме того, данный метод обеспечивает возможность вести работы по двум направлениям, возводя подземный и наземный объемы зданий».

Сегодня, благодаря использованию технологии «top-down», стало возможным строительство крупных подземных объектов в историческом центре городов. Примером такого строительства может служить многоярусный торговый комплекс на Манежной площади в Москве, в который можно попасть не только с поверхности, но также из метро и подземных переходов.

Освоение подземных уровней — естественный путь развития современных городов, где плотность застройки не оставляет места для новых зданий и сооружений. Этот же фактор определяет и выбор технологии подземного строительства. Освоение прогрессивных методов позволяет повысить эффективность использования городского пространства, добавляя мегаполису новое измерение.