Одно из главных возражений противников строительства в Северной столице самого высокого в России и Европе небоскреба – слабость петербургских грунтов. По мнению оппонентов, болотистые почвы плохо приспособлены для возведения 462-метровой башни – она может «поплыть». О технологиях, должных обеспечить устойчивость сверхвысотного здания, «Эксперту С-З» рассказал Сергей Никифоров, главный инженер ОДЦ «Охта-центр», которая строит «Лахта-центр».
Добурить до венда
– Как вы оцениваете качество петербургских грунтов с точки зрения пригодности для высотного строительства?
– Несмотря на то что «слоистость» грунтов в Санкт-Петербурге более или менее горизонтальная, то есть без значительных перепадов или пустот, места в городе очень разные, особенно в верхних слоях. Пятно под застройку на Охте отличается от Лахты: оно было намного сложнее и включало в себя небольшие линзы слабых грунтов на глубине 80-110 м. С новым участком нам очень повезло – твердые породы залегают достаточно близко – примерно в 20 м от дневной поверхности (на охтинском участке – около 40 м).
По программе изысканий, разработанной по нашему заказу НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, проведено детальное исследование несущих грунтов фундамента высотного здания – вендских глин протерозойского возраста. Исследованы грунты на глубину 150 м. Выяснилось, что верхние 15-20 м – действительно очень слабый, слоистый грунт, на котором ничего не построишь. Далее идет пласт достаточно плотных глин, которые используются для свайного основания. Если предотвратить попадание влаги в эти грунты, то бурить в них вполне комфортно, дополнительного укрепления стенок скважины не требуется. Вендские глины, по характеристикам сходные со скальными породами, на которые можно опираться при возведении высотного здания, залегают в 30 м от поверхности. По совокупным параметрам участок вполне подходит для такого строительства. В Европе и Азии есть примеры возведения небоскребов на грунтах с более глубоким залеганием твердых слоев.
– Какие технологии строительства фундаментов оптимальны для слабых грунтов?
– Выбор не так уж широк: здание весом 500 тыс. тонн в любом случае необходимо ставить на сваи, опирающиеся на твердые слои. Мы «транзитом» проходим слабые грунты, включая супеси, суглинки и пески, и опираем наше здание на более прочное отложение вендских глин. Опорой послужат 264 сваи: основная их часть будет заглублена в венд, и с учетом трения, возникающего на боковой поверхности, а также пяты, на которую опираются сваи, высотное здание будет абсолютно устойчиво. Технология строительства тяжелых зданий на непрочных грунтах одна во всем мире. Инженерное искусство заключается в подборе оптимального количества свай, их диаметра и глубины таким образом, чтобы это было оправданно экономически и конструктивно целесообразно. Этот вопрос решается для каждого проекта индивидуально.
– Какова длина свай в случае «Лахта-центра»?
– Наши буронабивные железобетонные сваи будут двух типов: 65 м в центре здания – там, где самые большие нагрузки. По периметру, где нагрузки меньше, – 55 м. Поскольку осадка в центре здания будет больше, а по периферии – меньше, чтобы компенсировать образование этой «чаши», делается разная длина свай. Это стандартная практика в высотном строительстве на свайном основании.
– Как определяются необходимое количество и толщина свай?
– Высотное строительство – это такая сфера, где только по расчетам и чертежам довольно трудно спрогнозировать конечный результат. Поэтому любое предложение инженера должно проверяться. Необходимость проверки на практике связана не только с характеристиками грунта, но и со строительными технологиями, которые будут применяться, с конкретным подрядчиком и оборудованием. Каждый этот элемент дает отличие в несущей способности грунтов. Потому мы проводили испытания, максимально приблизив их к условиям строительства и будущей эксплуатационной нагрузке здания. Из всего поля выбрали несколько свай и на них проверили правильность расчетов.
– Как проводились испытания?
– Испытать сваю, несущую нагрузку около 5 тыс. тонн, очень тяжело, и в России нет оборудования, которое позволило бы сделать это экономично и локально. Поэтому были использованы зарубежное оборудование и технологии, так называемые ячейки Остенберга. Силовая ячейка представляет собой систему калиброванных гидравлических домкратов, объединенных в один модуль. Она устанавливается непосредственно в тело сваи и делит его на верхнюю и нижнюю части. Затем гидравлический насос, установленный на поверхности земли и соединенный шлангами с домкратами, начинает нагнетать давление. При увеличении нагрузки происходят раскрытие силовой ячейки и вертикальное перемещение испытуемых элементов. Специальные приборы проводят замеры предельных нагрузок.
Испытания подтвердили правильность инженерных расчетов, которые сделал по нашему заказу НИИОСП. Специалисты института не первый год занимаются проектированием свайных фундаментов для высотных объектов, они принимали участие в строительстве многих высотных зданий в России.
– В стране нет опыта строительства небоскребов, аналогичных «Лахта-центру». Не было искушения пригласить для расчетов иностранцев?
– Учитывая уникальность объекта, конечно, это было целесообразно. И мы пригласили английскую компанию Ove Arup для проведения поверочных расчетов по основным элементам: для подземной части и свайного основания фундаментов, а также для высотной надземной части. Независимый аудит завершился в прошлом году – все расчетные параметры и результаты, заложенные в проект, подтвердились. Расчеты москвичей и англичан сошлись.
Некоторая уникальность
– Потребовалось ли приспосабливать стандартную технологию для строительства подземной части «Лахта-центра»?
– Уникальность некоторая есть. Изначально мы забуриваем сваи непосредственно с поверхности, поэтому они получаются на 20 м длиннее, чем требуется, – 75 и 85 м. Затем верхние части свай будут срезаны и вынуты вместе со слабым грунтом, а на эту глубину закладывается фундамент здания. Цифра 85 м довольно серьезная для любой строительной компании – хоть российской, хоть западной, так что исполнителя выбирали особо тщательно. Выбрали немецкую компанию BAUER – мирового законодателя мод в этой области. Они привезли свою технику, причем новую, специально для наших диаметров. Мониторим каждую сваю: опускаем видеокамеру в скважину, проверяем ствол скважины и следим за качеством зачистки забоя на глубине 85 м. На каждую сваю есть мини-отчет, и мы хорошо представляем, какой результат в итоге получим.
– Как решен сам фундамент?
– Тоже интересно. Он будет выполнен в виде коробки. Основная плита фундамента будет заложена на глубине 17 м и опираться на сваи. Верхняя часть «коробки» тоже выполнена из монолитной плиты – она будет служить опорой для башни. Между этими плитами два этажа с одним межэтажным перекрытием. Кроме того, предусмотрены звездообразно расходящиеся траверсы, обеспечивающие «коробке» дополнительную прочность. Это очень эффективное решение в данном случае, когда основная нагрузка сосредоточена в центре, а по периметру расположена более легкая стилобатная часть здания. Подземная часть будет впоследствии использоваться: если вы зайдете в эту «коробку», то не поймете, что находитесь внутри фундамента, – здесь расположатся технический этаж, служебные зоны.
Верхняя часть фундамента будет высотой 2 м, нижняя – 3,6. Конструкцию фундаментов планируется изготовить из монолитного железобетона – мы хотим произвести единовременную заливку каждой плиты по отдельности. Здесь тоже присутствует элемент уникальности: столь объемная заливка, примерно 22 тыс. кубометров бетона для нижней плиты, осуществляется нечасто не только в России, но и в мире. Для сравнения: в прошлом году при строительстве небоскреба в Сеуле корейские строители сделали единовременную заливку железобетонной фундаментной плиты объемом 28 тыс. кубометров для небоскреба высотой 555 м.
– Как собираетесь строить фундамент в плывущем грунте?
– Чтобы сделать коробчатый фундамент буквально в воде, надо создать защищенное пространство. Поэтому по всему периметру здания предстоит возвести из железобетона стену в грунте на глубину около 30 м. Она даст возможность выкопать весь грунт, установить распорные элементы и спокойно залить фундамент, а впоследствии послужит дополнительной защитой подземной части здания от грунтовых вод. Эту работу выполняет петербургская компания «Геострой», у которой есть соответствующий опыт работы со стенами такого типа, хотя, возможно, не столь глубокого залегания.
Слабый слой грунта создает проблемы также при забивке свай. Используется обсадная труба, защищающая скважину от грунтовых вод. Как только доходим до глин, опускаемся на 5 м, и получается такой замок из глины и металла, через который вода не может просочиться. Далее шнеком бурим без трубы, опускаем каркас и заливаем бетон. На основе проведенных испытаний принято решение, что для улучшения несущих характеристик свайного основания сваи будут изготавливаться без бентонита (удерживающего раствора).
– Каков график работ?
– График очень жесткий. Строительство стенки идет параллельно с устройством свайного поля – это тоже довольно интересное решение. Стенку планируем закончить через полтора месяца, после чего «Геострой» полностью освободит площадку для компании BAUER. Уже готово более 20 свай, последние предстоит залить в июле 2013 года. Фундамент для башни должен быть залит в 2014 году.
– Говорят, «Охта-центр» почти год выбирал главного инженера на проект, пока не нашли вас. Расскажите о вашем опыте строительства небоскребов.
– До Петербурга я работал в британской компании Ove Arup, занимался уникальными объектами в Великобритании и России. Один из последних объектов – «Город Столиц», который выполнялся совместно с Capital Group. Это многофункциональный высотный комплекс, который является частью инвестиционно-строительного проекта ММДЦ «Москва-Сити». Затем совместно с «СитерИнвест» я проектировал центральный транспортный терминал, состоящий из трех высотных зданий с шестью подземными уровнями, плюс – пять линий метро, которые проходят через подземный этаж, а также выход на станцию метро, построенную для «Москва-Сити». В других городах мне тоже удалось поучаствовать в создании интересных объектов: в Лондоне – башня банка HSBC, в Казани – центр водных видов спорта для Универсиады, в Сочи – один из крупных гостиничных комплексов для Олимпиады, в Москве – офисный комплекс, который первым в России сертифицирован по зеленому стандарту BREAM.
– Станет ли «Лахта-центр» самым сложным из построенных вами проектов?
– Я так не думаю. Одним из самых интересных – безусловно.
Санкт-Петербург
Схема Схема основания башни