Основные положения по выбору вариантов использования подземного пространства

Реконструкция городской среды в современных условиях плотной застройки вынуждает проектировщиков активно использовать подземное пространство (метро, гаражи и целые комплексы торговых и складских помещений). Например, практически в каждой новостроящейся или реконструируемой гостинице предусматриваются подземные этажи, которые используются для технического нужд, включающие в себя электрокотельные, прачечные, стоянки для автотранспорта и т.д.

Использование подземного пространства является эффективным архитектурно- строительным приемом в составе селитебной зоны, повышающим комфортные условия проживания и увеличивающим площадь застройки не изменяя при этом облик микрорайона. Кроме того, следует отметить, что частично или полностью заглубленные здания или сооружения позволяют достигать эстетической взаимосвязи с окружающим ландшафтом, что невозможно осуществить при строительстве здания или сооружения в обычных условиях. Развитие «города под землей» способствует тому, чтобы традиционный для всех «надземный город» оставался и впредь привлекательным и комфортным для проживания. Подземное пространство призвано поглотить все, что мешает «самочувствию» города, но без города не может существовать.

Однако, к строительству подземных сооружений и методам их строительства в черте городской застройки, надо подходить квалифицировано, не нарушая устойчивости сложившегося равновесия грунтовой и водной среды, а также учитывая возможную загазованность подземного пространства (метан, радон и т.п.). Использование подземных пространств требует более детального выполнения инженерных изысканий и его анализа, чем при обычном строительстве.

Старые подземные бесканальные системы водопровода и канализации поверхностных сточных вод зачастую имеют неустраненные протечки, которые порой вымывают окружающий грунт, образуя пустоты и переувлажняя основания фундаментов, снижая их несущую способность. Глубокое заложение подземных этажей могут перекрыть сложившиеся токи грунтовых вод, изменить их пути движения и, как следствие, ослабив грунты в основании фундаментов, нарушить устойчивость ранее построенных зданий и сооружений.

Поскольку при устройстве подземного пространства и глубоком заложении фундаментов может быть нарушена устойчивость грунтовой среды с возможными аварийными ситуациями, возникающими как в процессе строительства, так и при дальнейшей эксплуатации объекта, а также на прилегающей территории, конструктивное решение подземного объекта, организация и технология его строительства должна быть тщательно проработаны.

Решение о строительстве зданий и сооружений с подземными этажами, выбор их оптимальных вариантов и конструктивные решения должны приниматься с учетом следующих основных особенностей:

— необходимость переустройства объекта;

— ветхость здания или сооружения;

— необходимость учета градостроительных факторов.

К градостроительным условиям, способствующим предпочтению объектов с подземными пространствами, обычно относят следующие причины:

1. Расположение объекта в зоне санитарной вредности или загазованности автотранспортом.

2. Отсутствие пожарных проездов и невозможность их создания в сложившихся условиях обычными способами.

3. Отсутствие у здания дворовой территории.

4. Недостаточность производственных площадей.

5. Ограничение высоты надземной части объекта.

6. Развитие территории с преимущественно исторической застройкой и архитектурными памятниками.

7. Расширение улиц и городских площадей (при сохранении или увеличении плотности застройки) за счет сноса части надземных сооружений и их переноса в подземные помещения.

Во многих странах интенсивно развиваются прогрессивные направления подземного строительства. Так, например, железные дороги и скоростные трамваи, прокладываемые под землей, метрополитены, подземные гаражи и автостоянки, складские помещения, магазины, э ектроподстанции и др. объекты различного назначения, позволяют уменьшить последствия перенаселенности на городскую ситуацию, высвободить площади для жилой застройки на поверхности земли и создать дополнительные городские зоны отдыха.

При реконструкции старых и строительстве новых жилых районов часто применяют чоллекторные тоннели. Например, в Париже коллекторные тоннели протянулись почти на . ХЮ км. Значительная протяженность таких коллекторов построена в центральной части Москвы. В них размещаются системы канализации и водоснабжения, электрические и телефонные коммуникации, газопроводы и телевизионные кабели.

Обычно за рубежом застройщики (инвесторы), построившие коллекторные тоннели, .лают их в эксплуатацию городским властям, которые дают разрешение на размещение в различных трубопроводов и других коммуникационных систем.

Старая городская планировка, а также конструкции административных и жилых зданий г центре города не всегда соответствуют современным требованиям нормального функциофования городского транспорта. Как правило, на узких улицах и возле зданий и сооружений -ет мест для стоянки автомобилей. Поэтому при реконструкции городской среды необходимо чтобы вновь построенные здания и сооружения располагали необходимым числом мест для стоянок транспорта на внутренней территории (подвал, 1-й этаж, двор), так как чрезмерная экономия на стоянках, как в процессе строительства, так и в период эксплуатации объекта, может быть только в ущерб общегородскому транспорту.

Расширение практики использования подземного пространства для различных хозяйственных целей в значительной мере связано с процессом урбанизации, с проблемой защиты кружающей среды от отрицательных воздействий транспортных систем и потенциально гасных производств.

Число автомобилей, или удельная величина насыщенности легковыми автомобилями в рас- ете на тысячу жителей (индекс автомобилизации), во всем мире имеет тенденцию к повышению в известной мере является как бы своеобразным показателем экономической жизни страны.

Индекс предельной насыщенности автомобилями в последней четверти прошлого столетия в крупных городах мира был равным примерно 250 автомобилей на тысячу жителей. В настоящее время во многих странах развитие моторизации превзошло эту величину и достигает 400—500 автомобилей на тысячу жителей.

Подсчеты показывают, что при уровне моторизации 200 легковых машин на 1000 жителей, в центре города с миллионным населением потребность в дневных стоянках (число мест) должно быть равным 14,5 тысяч, что, как правило, не соблюдается.

Заставленные автомобилями городские улицы, с точки зрения эстетики и экологии городской среды, должны, несомненно, вызывать тревогу у горожанина, так как эта территория могла бы быть использована для устройства парков и пешеходных зон, для отдыха и укрепления здоровья людей. Задымленность городских улиц и стремительное сокращение мест отдыха внутри города вынуждает искать места для отдыха за пределом города. Поэтому в конце недели поток автомобилей, полных людьми, ищущих общения с природой, направляется по главным городским магистралям, перегружая дорожное движение и порой устраивая транспортные пробки, и в результате еще больше загрязняя выхлопными газами окружающую среду.

Исследования показали, что строительство подземных гаражей и устройство стоянок возле административных и офисных зданий позволяет значительно разгрузить проезжую часть улиц и площадей в центральной части старой городской застройки. При этом необходимо помнить, что выбор между наземными гаражами с относительно низкими капитальными затратами и эксплуатационными расходами и «дорогими» подземными гаражами не может быть вопросом свободного решения или экономического расчета, так как на территориях, где потребности в стоянках наиболее высоки, как правило, нет свободных площадей, пригодных для организации открытых стоянок, или нет земельных участков, которые можно использовать для строительства многоэтажного надземного гаража. При реализации строительства такого рода объектов нельзя подходить к этому вопросу с какой-либо одной точки зрения. Всегда следует одновременно взвешивать разовые капитальные вложения, затраты на эксплуатацию, общественные потребности и обязательные условия защиты окружающей среды.

Вариантов размещения подземных гаражей, торговых помещений, складов, электроподстанций и других объектов городского хозяйства могут быть много. Например, в Москве разрабатывался проект обустройства подземного пространства под объекты различного назначения в районе Садового кольца (рис. 4.43), в Брюсселе намечались подземные стоянки в «мертвом пространстве» над тоннелями глубокого заложения, в Париже был разработан шестиэтажный подземный гараж под площадью Монсо (рис. 4.44), а в центре Вены возле оперного здания запроектирован пятиэтажный комплекс под улицей Кернтнерштрассе, в котором предусматривалось размещение гаража, торговых организаций и сервисных предприятий (рис. 4.45).


Следует отметить, что подземные помещения помимо утилитарных функций, как правило, имеют некоторые эксплуатационные преимущества, так как толща земли позволяет сохранить постоянную температуру с весьма низким расходом энергии, создавая в холодное и жаркое время года термическую стабильность.

Факторы, которые позволяют достаточно надежно использовать подземное пространство, предопределяет, прежде всего, соответствующая геологическая среда. Например, мягкий известняк, песчаник, туфы, сланцы и другие устойчивые породы являются хорошо пригодными для устройства подземного пространства, используемого в практических целях.


В других грунтовых средах, в т.ч. в слабых и водонасыщенных, для устройства подземных сооружений необходимо разрабатывать и реализовывать проектные решения с использованием специальных инженерных знаний и конструкций, которые могут обеспечить долговечность и надежность эксплуатации подземного объекта. Поэтому принятию решения об освоении подземного пространства должны предшествовать квалифицированные инженерные изыскания и тщательная инженерная проработка вариантов конструктивного решения и ¦ етодов производства работ. Конструкции здания или сооружения с подземными этажами (ярусами) имеет более тесное взаимодействие с грунтом, чем обычное, так как оно находится значительно ниже открытой поверхности земли. Поэтому геологические и гидрологические изыскания для строительства этих объектов имеют большое значение.

Характеристики и поведение грунтов в период эксплуатации объекта с заглубленными этажами зависит от типа и состояния грунтовой среды, которые бывают гранулированные (несвязные) или связные. Гранулированные грунты отличаются хорошей прогнозируемостью и их параметры в малой степени зависят от времени, они имеют малые остаточные деформации и высокие фильтрующие способности. Связные грунты характеризуются параметрами, более зависящими от времени, они имеют низкую фильтрующую способностью и, находясь в пластичном состоянии, обладают малой несущей способностью и высокими остаточными деформациями.

Связные глинистые грунты при увлажнении приобретают свойства пластичности и даже текучести, при которых резко снижается их несущая способность, а также и устойчивость грунтовой среды. Некоторые глины имеют состав, который вызывает изменение объема с набуханием (при увлажнении) или усадки (при высыхании). Наиболее известен из глин этого типа монтмориллонит (вспучивающая глина), который при увлажнении может увеличивать свой объем в 20 раз. Для того чтобы нейтрализовать это внутреннее давление, например, необходимо приложить усилие в 20—30 тм2.

При передаче давления от фундамента на грунт происходит следующие явления:

— в несвязных (гранулированных) грунтах нагрузка практически немедленно создает дополнительные внутренние усилия и быстрые осадки, соответствующие величине нагрузки;

— в связных (глинистых) грунтах происходит медленное перераспределение давления, создаваемое внешними нагрузками, которое может протекать в течение многих лет.

При инженерно-геологических изысканиях важно определить уровень размещения коренных (скальных и полускальных) пород, которые не деформируются под расчетными нагрузками, а также установить наличие в грунтовой среде валунов или зон выветривания. Поэтому разведочное бурение должно производиться на глубину ниже «крыши» коренных пород и с необходимой схемой размещение буровых скважин.

При планировании изыскательских работ рекомендуется тщательно изучить архивные материалы, так как зачастую необходимую для проектировщиков информацию можно получить из технических отчетов ранее выполненных геолого-разведочных работ.

В отчетах по результатам инженерно-геологических изысканий для проектировщика должны быть представлены следующие материалы:

— уровень грунтовых вод;

— послойная несущая способность грунтовой среды на всю глубину подземного строительства;

— величина бокового давления слоев грунта;

— рекомендуемый тип конструктивного решения несущих элементов в подземных и надземных частях возводимого объекта;

— прогноз осадок в период строительства и при эксплуатации;

— возможные осложнения для соседних построек;

— рекомендуемые дренажные устройства;

— способы производства работ, в т.ч. обратная засыпка и уплотнение грунта.

Проектирование подземных сооружений включает следующие основные этапы:

— определение формы и глубины расположения сооружения;

— определение возможных нагрузок и воздействий на конструкции;

— анализ модели работы конструкций в наихудших условиях;

— оценка напряжений, возникающих в конструкциях при нагрузках и воздействиях, и их сопоставление с прочностными характеристиками в критических сечениях этих конструкций;

— подбор необходимых материалов, конструкций и их размеров для обеспечения надежности и долговечности объекта в конкретных условиях.

Этот процесс носит циклический характер, например предварительный анализ одного из конструктивных элементов может привести к необходимости использования совсем другого элемента, который в свою очередь также должен быть проанализирован.

С целью достижения наиболее экономического решения необходима проработка различных вариантов проектных решений до тех пор, пока не будет найдено наиболее эффективное конструктивное решение и использованы материалы, максимально соответствующие конкретным условиям, способам производства работ и назначению объекта.

При проектировании подземного пространства, для повышения устойчивости всего объекта в целом, надо чтобы его размеры в плане не были меньше размеров надфундаментной части, а при возможности следует их максимально расширить. В последнем случае на отведенной территории можно будет получить большую полезную площадь, сохранив нормативы дорожных проездов и объемы благоустройства.

Основой построения единой концепции освоения городского подземного пространства можно считать три основных принципа:

— создание для человека в подземном объекте наиболее комфортных условий труда и отдыха;

— строительство и эксплуатация подземных сооружений не должны наносить ущерб окружающей среде;

— оздоровление экологической обстановки за счет перевода под землю объектов, вызывающих отрицательные последствия антропогенного воздействия на окружающую среду.

Необходимо также отметить, что многие предприятия и службы, загромождая городскую поверхность, эстетически не украшают город и зачастую служат источниками вредных выбросов.

Назначение подземного сооружения определяют нормы жизнеобеспечения человека и, как следствие, объемы дополнительного пространства, необходимого для оптимального функционирования объекта.

Параметры, определяющие элементы комфортного жизнеобеспечения, регламентированы СНиПами для наземных сооружений. Например, СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение», СНиП 2.09.02-85 «Производственные здания»; СНиП 2.09.03-85 Сооружения промышленных предприятий»; СНиП 2.09.04-87 «Административные и бытовые здания»; СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование»; СНиП 2.01.02-85 «Противопожарные нормы»; СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий»; СНиП 2.04.08-87 «Газоснабжение»; СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети»; СНиП П-12-77 «Защита от шума» и др.

При определении бокового давления на стены подземных объектов необходимо учитывать словим неравномерной выемки грунта и порядок засыпки стен, в т.ч. противоположных. Неравномерные выемки грунта или его засыпки вокруг здания может вызвать серьезные проблемы с устойчивостью конструкций. Способы поддержания постоянных грунтовых условий должны предусматриваться при проектировании конструкций и разработки организационно-технологических решений.

Защита от грунтовых вод должна рассматриваться как система комплексных мероприятий, позволяющих поддерживать заглубленное здание в сухом состоянии и обеспечивать необходимое влажностное состояние внутренней среды. В эту систему мероприятий должно входить:

— регулирование поверхностного стока;

— учет давления грунтовых вод в течение годичного цикла подъема и спада их уровня;

— оценка разности упругости водяного пара (парциальное давление) в помещениях подземного сооружения;

— капиллярное движение влаги.

В связи с тем, что размещение подземного объекта ниже уровня грунтовых вод считается неблагоприятным условием, первое что следует сделать — это проверить возможность исключения грунтовых вод за счет гидромелиоративных работ или других инженерно-технических мероприятий (дренирование участка, искусственное водопонижение водотоков и др.).

Помимо приведенных мер само подземное сооружение должно иметь абсолютно водонепроницаемую конструкцию, способную выдержать давление воды на стены и пол.