Принципы проведения инженерно-геологических изысканий для проектирования и строительства высотных зданий на урбанизированных территориях (на примере г. Москвы)

4.1 Общая характеристика территории ММДЦ "Москва-Сити"

Строительство сооружений делового центра ведётся на Краснопресненской набережной на территории около 60 Га (рис. 23).

Проект бизнес-центра предполагает постройку 13 небоскребов и их комплексов, шесть из которых попадают в категорию сверхвысоких, линий метрополитена, транспортных развязок и прочих сооружений. На сегодняшний день в районе ММДЦ открыты две станции метро, сообщающиеся с филевской линией московского метрополитена, по проекту предполагается проведение линий метрополитена до двух московских аэропортов - Домодедово и Внуково [66]. Изначально планировалось осуществить полный ввод в эксплуатацию объектов ММДЦ в 2012 г., однако, в связи с тем, что в период экономического кризиса строительство некоторых сооружений было приостановлено или отменено, реальные сроки полного окончания строительства пока не ясны.

Рис. 23. Схема ММДЦ "Москва-СИТИ"

Территория ММДЦ расположена на слабонаклонной с северо-запада на юго-восток поверхности, рельеф которой практически полностью сформирован в результате антропогенной деятельности. Перепад высотных отметок составляет порядка 10 метров, от 135 м в районе 1-го Красногвардейского проезда до 125 м у берега р. Москвы на отрезке протяженностью 600 метров. Строительство комплекса проводится в пределах поймы и 2-ой надпойменной террасы. Эти элементы плохо выражены в современном рельефе из-за полной перепланировки насыпными грунтами.

Местность, на которой ведется строительство, имеет историческое название "Камушки". Здесь, на территории участков 12, 13 и, частично центрального ядра (уч. 6-8) начиная с XIX в и заканчивая 50-ми годами XX в. производилась добыча известняков и доломитов для хозяйственных нужд в небольших карьерах и расчистках. К концу 50-х годов выработки были засыпаны, и территория стала использоваться как свалка строительного мусора и промышленных отходов, постепенно застраиваясь промышленными предприятиями.

4.2 Геологическое строение

Основная часть территории ММДЦ "Москва-Сити" приурочена к склону Тестовского поднятия, которое имеет вытянутую в северо-восточном направлении изометричную форму. К востоку от застраиваемой территории в районе действующего выставочного комплекса расположен второй крупный структурный элемент геологического массива - фрагмент древней погребенной долины. Эта структура представляет собой эрозионный врез в каменноугольные породы до абсолютных отметок около 100 м, произошедший в плейстоцене и впоследствии заполненный песчано-глинистыми отложениями более поздних эпох осадконакопления. Из застраиваемых участков ММДЦ, ее краевая часть затрагивает только площадку строительства многофункционального комплекса на участке №20.

Четвертичные отложения. Техногенные образования (tH) распространены на исследуемой территории практически повсеместно. По составу они представлены щебнем кирпича и бетона, обломками металлоконструкций, деревянными остатками, углем, шлаком в песчано-супесчано-суглинистом заполнителе, а также насыпным песком, супесью или суглинком плотным, средней влажности. Участками насыпь пропитана отработанными нефтепродуктами. Преобладающая мощность образований составляет 1-5 м, на участках бывших карьеров по добыче известняков мощность их увеличивается до 10 и даже 17 м (в районе участков 12, 13). Техногенные отложения относятся к специфическим грунтам. Их отличительная особенность - высокая степень агрессивности по отношению к бетонным и железобетонным конструкциям по содержанию сульфатов.

Современные болотные отложения (plH) были встречены в южной территории, где они представлены торфами и суглинками. Ориентировочная площадь участка их распространения составляет 100 х 50 м. Мощность образований составляет около 1 м.

Пойменные аллювиальные отложения (aH) развиты в долине р. Москва и ее притоков, где образуют пойменную террасу шириной 0,02-0,5 км. Отложения представлены песками и суглинками, реже супесями и глинами. Пески различной крупности, иногда с включениями гравия. Мощность отложений достигает 4-6 м.

Озерные и болотные отложения верхнего звена (l, pl III-H) распространены на территории работ крайне слабо, в северо-западной части и представлены глинами и суглинками заторфованными, с содержанием песка. Мощность отложений не превышает 1-2 м.

Аллювиальные отложения ленинградского и осташковского горизонтов (a¹III ln-os) слагают первую (серебряноборскую) надпойменную террасу. Аллювий этой террасы прислонен ко второй надпойменной террасе, залегает на среднеплейстоценовых образованиях. Терраса сложена песками мелкими и средней крупности, с гравием и галькой, содержание которых к основанию разреза достигает 50 % объема. Также встречаются суглинки и супеси. Мощность отложений составляет 3-5 м.

Калининский горизонт (a²III kl) представлен аллювием низкого уровня второй надпойменной (мневниковской) террасы. Отложения распространены на значительных площадях района исследований и представлены песками разной крупности с гравием и галькой, горизонтально- и косослоистые. Мощность отложений колеблется в интервалах от 2 до 8 м.

Отложения нерасчлененного комплекса флювиогляциальных, ледниково-озерных, ледниковых и аллювиальных отложений внуковской свиты - нижней серии московского горизонта a,fIvk-ds¹ в пределах исследуемой территории распространены спорадически, заполняя структурные углубления в кровле каменноугольных отложений на участках, тяготеющих к речным долинам и представлены песками разной крупности с многочисленными включениями, линзами и прослоями супесей и суглинков.

Породы нерасчлененных великодворской и ермолинской свит среднего и верхнего отделов юрской системы (J_2-3 vd-er) распространены в северо-западной и южной частях исследуемой территории. Толща представлена глинами от светло- до темно-серого, черного цвета, плотными, жирными, алевритистыми, слюдистыми, иногда с гнездами песка. В нижней части разреза встречаются включения в виде гравийных зерен черного цвета и единичных обломков известняка. Мощность отложений достигает 8 м.

Отдельными редкими пятнами представлены отложения криушской свиты (J₂kr), представленные глинами с прослоями песков с многочисленными включениями железистых и песчанистых оолитов. Мощность отложений на исследуемой территории не превышает 2-2,5 м.

Каменноугольная система. Тестовская свита, перхуровская подсвита - мещеринская подсвита, нижняя пачка - нерасчлененные (C₃ ts₁ - C₃ ts₂¹). Перхуровская толща имеет мощность от долей метра до 8 м, наименьшие значения которой тяготеют к историческим местам разработок карьеров по добыче камня, повышенные - в северной части территории работ и в юго-восточной части на правом берегу р. Москвы. Породы представлены желтовато-серыми, белыми, буроватыми, светло серыми, микрозернистыми, органогенными, доломитизированными известняками и доломитами сильнотрещиноватыми и кавернозными, неравномерно окремненными, очень крепкими, иногда разрушенными до щебня, с примесью буро-серого песка средней крупности, с линзами глины карбонатной, перемятой.

Породы неверовской подсвиты хамовнической свиты (C₃ hm₂) имеют повсеместное распространение на изучаемой площади. Отложения залегают на глубинах 11-18 м при абсолютных отметках кровли 111-115 м и представлены пестроцветными глинисто-мергелистыми породами, а именно плотными известковистыми глинами с прослоями органогенно-глинистых известняков и мергелей от вишнево-красных до сиреневых и серо-зеленых плотных, участками доломитизированных или известковистых, кавернозных. В нижней части отложений распространен прослой доломитизированных мергелей и известняков мощностью до 1,5 м, сильно кавернозных и трещиноватых. В верхней части разреза трещиноватость слабая, но породы сильно расслаиваются в горизонтальной плоскости. Мощность отложений составляет 3-5 м.

Породы ратмировской подсвиты хамовнической свиты (C₃ hm₁) распространены повсеместно, глубина их залегания варьирует в пределах 17-22 м, абсолютные отметки кровли - 105-111,3 м. Ратмировская толща выполнена трещиноватой пачкой известняков светло-серых, иногда с зеленоватым оттенком, мелко- и тонкозернистых с прослоями органогенных, а также с прослоями мергелей и доломитов. Характерной особенностью рассматриваемых отложений является их высокая и неравномерная трещиноватость, местами массив пород представляет собой полностью раздробленную зону, состоящую из щебня. Также резко меняется и прочность известняков. Чаще встречаются малопрочные и среднепрочные размягчаемые известняки, реже - прочные доломиты, глинистые доломиты или доломитизированные известняки, обладающие высокой кавернозностью, плотные, средней прочности и прочные, трещиноватые и слаботрещиноватые. Общая мощность пород колеблется в интервале от 3 до 6-7 м.

Породы воскресенской подсвиты кревякинской свиты (C₃ kr₂) распространены повсеместно на изучаемой территории. Абсолютные отметки ее кровли колеблются в интервале от 100 до 107 м, глубина ее залегания - от 19 до 27 м. Воскресенская толща на 70 % сложена твердыми переслаивающимися пестро- и красноцветными глинами и известковистыми и доломитовыми мергелями. Отдельные прослои представлены органогенно-глинистыми размягчаемыми известняками, глинистыми доломитами и мергелями средней прочности. Мощность отложений воскресенской подсвиты соответствует значениям 7-10 м.

Породы суворовской подсвиты кревякинской свиты (C₃kr₁) распространены повсеместно. Кровля их вскрывается на глубинах 30-32 м, абсолютные ее отметки - 96-98 м. Суворовская толща сложена преимущественно плотными среднепрочными слаботрещиноватыми пористыми известняками белыми и светло-серыми, мелкодетритовыми, микрозернистыми. Встречаются прослои малопрочных разностей, а также мергелей и твердых карбонатных глин. Мощность отложений варьируется в пределах от 5 до 10 м.

Карбонатные породы нерасчлененных подольской и мячковской свит (C₂ pd-mи) распространены повсеместно в пределах исследуемой территории. Их кровля вскрывается на глубинах 35-44 м, абсолютные отметки, соответственно, составляют 85-91 м. Породы представлены переслаивающимися известняками различной прочности с прослоями твердых карбонатных глин. Наиболее прочные разности - известняки доломитизированные глыбовые пелитоморфные кавернозные, нередко сильно- и крупно- кавернозные, слаботрещиноватые. Малопрочные интервалы разреза, как правило, выполнены органогенными и детритовыми тонко- и среднеплитчатыми известняками. Для этих пород характерна пористость, редко переходящая в кавернозность и развитая межслоевая трещиноватость. Стилолиты или сомкнутые трещины, образованы мельчайшим раковинным детритом и приводят к расслаиванию известняков на плашки при бурении.

4.3 Гидрогеологические условия

На территории ММДЦ в зоне взаимодействия с инженерными сооружениями распространены 6 водоносных горизонтов: верхнечетвертичный, аллювиальный, перхуровский, ратмировский, суворовский и подольско-мячковский.

Аллювиальный, перхуровский, а также верхнечетвертичный (на северо-западе территории) водоносные горизонты, имеют гидравлическую связь и объединены в единый водоносный комплекс, именуемый аллювиально-перхуровским.

Суворовский и подольско-мячковский водоносные горизонты также гидравлически связаны за счет невыдержанности мощности относительно водоупорной глинисто-мергелистой толщи суворовских отложений. В большинстве случаев на исследуемой территории у этих горизонтов фиксируются самостоятельные уровни, однако в региональном масштабе суворовский водоносный горизонт входит в подольско-мячковский водоносный комплекс, являющийся эксплуатационным.

В толще насыпных грунтов выявлено наличие самостоятельного горизонта сезонной верховодки, обводнение нижней части насыпи происходит, как правило, за счет вод верхнечетвертичного или аллювиально-перхуровского водоносных горизонтов.

Взаимное расположение водоносных интервалов разреза и их гидродинамические параметры обеспечивают условия нисходящей фильтрации, то есть пьезометрический уровень нижележащего водоносного горизонта всегда ниже соответствующего уровня предыдущего.

Аллювиально-четвертичный водоносный комплекс имеет сложные условия питания, это инфильтрация атмосферных осадков непосредственно на территории застройки, грунтовый поток из-за ее пределов, водообмен с речными водами, переток из верхнечетвертичного горизонта, приток в перхуровский горизонт за пределами изучаемой территории.

Ратмировский, суворовский и подольско-мячковский водоносный горизонты имеют области питания за пределами изучаемой площади, а также незначительное питание за счет перетока из вышележащих водоносных горизонтов.

Химический состав, как первого от поверхности, так и более глубоких водоносных горизонтов в значительной степени изменен под воздействием располагавшейся на исследуемой территории вплоть до 1996-го - 1997-го гг. промышленной зоны.

Характеристику аллювиально-перхуровского водоносного комплекса целесообразно вести по горизонтам, имея в виду разделение их юрским водоупором (на северо-западе территории), и относительно водоупорной толщей коры выветривания верхнекаменноугольных отложений (elC₃).

Коллектором для верхнечетвертичного водоносного горизонта на левом берегу р. Москвы выступает преимущественно песчаная толща аллювиальных грунтов I-ой надпойменной террасы (a²IIIkl) и нижняя часть толщи насыпных грунтов (tH). Мощность водоносной части - до 4 м. Режим безнапорный. Глубина залегания зеркала воды - около 3м от поверхности земли на севере и 5-7 м на юге территории и в абсолютных отметках 132-129 м на севере и 129-135 м на юге.

Аллювиальный водоносный горизонт заключен в песчано-супесчано-суглинистых грунтах современных аллювиальных отложений (aH) и частично в насыпных грунтах, засыпанных техногенных переуглублений (tH). Мощность водоносной и водонасыщенной части суммарно составляет 1-10 метров. Режим горизонта безнапорный, спорадически развиты местные напоры до 3-х метров в местах залегания водоупорных линз глинистых грунтов. Глубина залегания зеркала воды 4-8 метров от поверхности земли (в абсолютных отметках 125-120м). Водная поверхность горизонта в значительной мере повторяет наклон дневной поверхности понижаясь с севера на юг.

Перхуровский водоносный горизонт заключен в сильнотрещиноватых и кавернозных известняках и доломитах (C₃ts₁-ts₂). Мощность водовмещающей части колеблется в пределах от долей до 10 метров. Анализ архивных материалов показывает, что напор величиной до 1 метра ранее проявлялся в местах развития водоупорных глин юрской системы, однако в современных условиях в связи с техногенным изменением гидрогеодинамических условий, режим горизонта характеризуется как полностью безнапорный. Уровенная поверхность горизонта совпадает, в естественном состоянии, с аналогичной у аллювиального горизонта, так как это один водоносный комплекс. Специфическую роль в толще водовмещающих пород надъюрского водоносного комплекса играет элювий или кора выветривания по известнякам. Литологически представляя собой текучую глинисто-карбонатную массу с большим количеством щебня, дресвы и глыб неразложившегося известняка этот слой играет роль относительного водоупора, который затрудняет, но не исключает водообмен между горизонтами. Присутствие такого разделяющего слоя обуславливает различия в гидрохимической обстановке аллювиального и перхуровского водоносных горизонтов.

Водовмещающими породами ратмировского водоносного горизонта являются известняки и доломиты ратмировской толщи (C₃hm₁) и отделенный от них маломощным прослоем твердой глины или мергеля (мощностью до 0,5м) прослой доломитов или доломитизированных мергелей в нижней части неверовской толщи (C₃hm₂). Суммарная мощность водоносного горизонта при этом составляет от 3-х до 8 м. Горизонт распространен по всей площади застройки и имеет напорный режим. Абсолютные отметки пьезометрической поверхности составляют 118-124 м, величина напора при этом 3-10 метров. В настоящее время положение зеркала подземных вод снижено на 1-3м относительно его естественного уровня, при этом на соответствующую величину уменьшился и напор подземных вод.

Коллектором для суворовского водоносного горизонта являются плотные, слаботрещиноватые известняки, доломиты и мергеля, разделяемые прослоями твердых глин (C₃kr₁). В пределах изученной площади горизонт распространен повсеместно и имеет напорный характер. Абсолютные отметки пьезометрической поверхности составляют 114-120 м. Свойственный горизонту напор составляет в различных местах от 3 до 10 метров. Такая разница объясняется большой вариацией мощности и фильтрационных характеристик водоупорных прослоев в водовмещающей толще горизонта, затрудняющих вертикальную фильтрацию. Мощность водоносной толщи 5-7 метров.

Водовмещающими породами для подольско-мячковского водоносного горизонта являются высокопористые и трещиноватые, в различной степени глинистые известняки (C₂mc). Горизонт распространен для всей изучаемой территории и имеет напорный режим. Пьезометрическая поверхность имеет наклон с северо-востока на юго-запад. Абсолютные отметки составляют диапазон значений от 109 до 115 м. Величина напора меняется в пределах от 21 до 26 м.

4.4 Инженерно-геологическая схематизация массива

В процессе проведения инженерно-геологических изысканий для строительства сооружений ММДЦ "Москва-Сити" была разработана единая концепция выделения инженерно-геологических элементов. Относительная выдержанность разреза на территории делового центра позволяет произвести расчленение массива на толщи со схожими физическими и физико-механическими свойствами. Такая схематизация была использована при построении геомеханической модели делового центра, позволяющей осуществить учет взаимовлияния строительства и эксплуатации сооружений, расположенных на различных участках застройки ММДЦ. В отчетах по инженерно-геологическим изысканиях при необходимости эти толщи дополнительно разбивались на инженерно-геологические элементы.

Толща 1 - техногенные накопления tH. Как говорилось в разделе 3.1.2, в районе участков №№ 12 и 13 мощность этих отложений достигает 12 м. В процессе проведения изысканий на этих участках данные грунты были наиболее подробно охарактеризованы. Представлены они преимущественно суглинистыми грунтами, низкой степени уплотненности со строительным мусором и значительным присутствием асфальтовой крошки, пропитанными ГСМ. Техногенные накопления относятся к специфическим грунтам и не могут быть использованы в качестве основания высотных сооружений. Значение условного расчетного сопротивления E₀ для этих грунтов принимается равным 0,08 МПа. Отличительной особенностью техногенных отложений является их высокая степень агрессивности по отношению к бетонным и железобетонным конструкциям по содержанию сульфатов.

Толща 2 - отложения четвертичной системы. Условное обобщение всех естественных грунтов четвертичного возраста при оценке распределения физико-механических свойств по территории делового центра обусловлено рядом факторов. Во-первых, ни одно из сооружений ММДЦ "Москва-Сити" не использует в качестве основания для фундамента четвертичные отложения, и во всех случаях эти грунты изымаются в результате проходки существующих или проектируемых котлованов, а существенное влияние на инженерно-геологические условия строительной площадки они оказывают только в северо-восточной части территории, в районе участка №20, где их мощность весьма изменчива и достигает 8 м. В процессе проведения изысканий на этом участке, физико-механические свойства этих отложений были детально охарактеризованы с применением метода статического зондирования грунтов. Во-вторых, состав и свойства этих отложений весьма переменчивы, в связи с чем, грубое их объединение в какие-либо группы не было бы верным, а детальное расчленение на инженерно-геологические элементы производилось в каждом конкретном случае по индивидуальной схеме.

Толща 3 - отложения нерасчлененных великодворской и ермолинской свит среднего и верхнего отдела юрской системы (J_2-3 vd-er). Породы распространены на северо-западе территории, их свойства были изучены в процессе проведения изысканий для строительства сооружений на участках №№ 12, 16, 17-18, 19 и представлены глинами тяжелыми тугопластичными, реже полутвердыми от слабо- до сильнонабухающих. Мощность слоя до 8 м. Низкий модуль общей деформации, на разных участках варьирующийся в пределах 6,6-9,9 МПа, полученный при лабораторных испытаниях грунтов методом компрессионного сжатия с учетом масштабной деформации, свидетельствует о существенном разуплотнении этих отложений вследствие их нахождения практически в приповерхностном положении, при минимальной величине бытового давления.

Толща 4 - элювий карбонатных пород, локально залегающий в кровле каменноугольных отложений, представленный твердыми супесями, реже суглинками, с включениями щебня и редкими прослоями малопрочных доломитов.

Породы нерасчлененных перхуровской подсвиты и нижней пачки мещеринской подсвиты верхнего отдела каменноугольной системы (C₃ ts₁ - C₃ ts₂¹) в общем приближении представлены двумя толщами карбонатных пород, взаиморасположение которых существенно варьируется на исследуемой территории.

Толща 5 - известняки доломитизированные, местами доломиты, средней прочности и прочные, сильнотрещиноватые, участками кавернозные.

Толща 6 - известняки и известковистые доломиты малопрочные трещиноватые, кавернозные.

Породы неверовской подсвиты хамовнической свиты (C₃ hm₂) в инженерно-геологическом отношении подразделяются на 2 относительно выдержанные толщи.

Толща 7 - глины легкие пылеватая, твердые, от слабо- до сильнонабухающих с тонкими прослоями глинистых мергелей малой и пониженной прочности, реже - малопрочного органогенно-глинистого известняка. Мощность слоя до 3,5 м в верхней части неверовских отложений и 0,3-0,5 м в их основании.

Толща 8 - мергели доломитовые средней и малой прочности.

Породы ратмировской подсвиты хамовнической свиты (C₃ hm₁) также представлены двумя толщами:

Толща 9 - известняки средней прочности, плотные, неразмягчаемые в воде, слаботрещиноватые, кавернозные.

Толща 10 - известняки малопрочные, размягчаемые в воде, реже мергели, трещиноватые, участками кавернозные.

Толща 11 - породы воскресенской подсвиты кревякинской свиты (C₃ kr₂), представленные глинами легкими пылеватыми, твердыми, слабонабухающими, с прослоями мергелей, глинистых известняков и доломитов, преимущественно малой прочности. Прослои известняков и мергелей составляют до 30 % мощности толщи и сосредоточены преимущественно в ее верхней половине. В ряде случаев производилось разделение отложений воскресенской подсвиты на 2 ИГЭ в зависимости от преобладания в переслаивании глинистой или мергельной составляющей. Физико-механические испытания грунтов этих ИГЭ показали существенно варьирующиеся результаты. Тем не менее, в виду того, что в составе толщи преобладающими все же являются набухающие карбонатные глины, в значительно большей степени, чем мергели, реагирующие на снятие природного давления, при проектировании сооружения на уч. №17-18, использующего в качестве основания грунты воскресенской толщи, была дана рекомендация ориентироваться на диапазон Ео, не превышающий 20-80 МПа, что соответствует минимальным значениям, полученные по результатам лабораторных трехосных и натурных прессиометрических испытаний.

Р.С. Зиангировым и В.И. Каширским был проведен сравнительный анализ определения модуля общей деформации грунтов воскресенской подсвиты на территории ММДЦ "Москва-Сити" разными лабораторными и полевыми методами [23]. Было выполнено испытание воскресенских отложений, вскрытых в котловане на участке №11 ММДЦ "Москва-Сити" методом статических нагрузок штампами различных диаметров (600, 2500 и 5000 см ²). Полученные результаты сравнивались с данными, полученными в процессе проведения лабораторных компрессионных и трехосных испытаний и натурными прессиометрическими исследованиями. Испытания выполнялись в две ветви, с проведением первичного нагружения до 0,5 МПа, что соответствует величине бытового давления, последующей разгрузкой и доведением до максимальных нагрузок 1,0-1,5 МПа. Для характеристики деформируемости были использованы значения модуля деформации для ветви повторного нагружения, что позволило охарактеризовать свойства грунтов в природном состоянии. В результате был сделан вывод, что штампы малых диаметров позволяют охарактеризовать деформируемость глинистых слоев (122-225 МПа), в то время как испытания штампами больших диаметров позволили оценить в основном деформируемость прослоев карбонатных пород (311-448 МПа). Значение принятого для толщи штампового модуля деформации Е_ш=136 МПа в 1,9 раз превышает результаты трехосных испытаний и более чем в 3 раза больше принятого в проекте модуля деформации, полученного по компрессионным опытам с учетом масштабного эффекта, равного 40 МПа. Значения модуля деформации по результатам штамповых испытаний E_ш для глинистой части толщи близки к максимальным значениям модуля деформации по результатам первой ветки прессиометрических испытаний, в то время как E_ш, принятый для карбонатных прослоев близок значениям E_пр для второго цикла нагружения.

Породы суворовской подсвиты кревякинской свиты (C₃kr₁) в инженерно-геологическом отношении разделяются на 3 толщи:

Толща 12 - известняки доломитизированные, средней прочности, слаботрещиноватые, сильнокавернозные.

Толща 13 - известняки малопрочные, органогенные и органогенно-детритовые мелкозернистые, с характерной стилолитовой трещиноватостью, местами кавернозные.

Толща 14 - грубое переслаивание мергелей, твердых глин и тонких прослоев известняка.

Нерасчлененные отложения подольской и мячковской свит московского яруса (C₂ pd-mи) представлены неравномерным переслаиванием двух толщ карбонатных пород, иногда перемежающимися выдержанными маломощными прослоями твердых карбонатных глин и мергелей. По физико-механическим свойствам отложения, слагающие эти прослои в общем приближении аналогичны глинам воскресенской подсвиты (толща 11).

Толща 15 - известняки органогенно-детритовые и пелитоморфные малопрочные трещиноватые, интервалами кавернозные.

Толща 16 - известняки доломитизированные, часто неравномерно окремненные, средней прочности, прослоями прочные, трещиноватые, сильно кавернозные.

Сводная таблица физических и физико-механических свойств по выделенным толщам приведена в приложении 2.

4.5 Конструктивные особенности сооружений ММДЦ "Москва-Сити"

Строительство ММДЦ "Москва-Сити" было начато с возведения ограждающей конструкции и проходки котлована для сооружения Центрального ядра, строительная площадка которого расположена на участках 6-8. Сооружение не относится к категории высотных, однако, является уникальным вследствие своей заглубленности и значительных габаритов в плане (размер подземной части 124,8x471 м). На момент проходки котлован сооружения являлся крупнейшим в Европе по площади и объему извлекаемого грунта.

Рис. 25. Поперечный разрез Центрального ядра ММДЦ "Москва-Сити" [66]

Надземная часть сооружения по проекту разделена на 3 функциональных зоны: на участке 6 будет размещен киноконцертный зал, на участках 7 и 8б - торгово-развлекательный комплекс, на участке 8а - гостиница. В подземной части будут расположены центральный пересадочный узел метрополитена, автостоянки, торговый комплекс с переходами в здания, размещенные на соседних участках. По периметру сооружения располагается двухъярусная автомобильная дорога с поперечными проездами.

В 1998-1999 г. было произведено устройство ограждающей конструкции, состоящей из траншейной "стены в грунте" толщиной 0,9 м и буросекущихся свай с заглублением на абсолютную отметку 101 м в толщу глин воскресенской подсвиты, ограничивающей участки застройки Центрального ядра, а также участки №№ 4, 9, 10 (рис. 25). Перед началом работ по устройству противофильтрационной завесы был выполнен тампонаж трещиноватых известняков в основании "стены в грунте".

При устройстве котлована для строительства Центрального ядра, дно которого расположено в отложениях воскресенской подсвиты, для предотвращения возникновения его выпора под влиянием напора, залегающего ниже суворовского водоносного горизонта было осуществлено оборудование 12 разгрузочных скважин, снизивших величину его напора с 10 до 5 м. На всей площади котлована был устроен временный двухслойный пластовый дренаж, взявший на себя функцию отбора подземных вод, поступавших через прослои в глинах воскресенской подсвиты и каптирование вод, поступавших с бортов котлована и выпадавших в виде атмосферных осадков. При вскрытии котлована общий объем откачки доходил до 40 м ³/час. Работа разгрузочных скважин продолжалась до момента достижения конструкциями Центрального ядра абсолютной отметки 114 м, что обеспечивало достаточную величину пригрузки основания сооружения, препятствующую выпору слоя глинистых пород под фундаментной плитой [66].

На участках 2-3 ведется строительство высотного здания "Evolution Tower" (первоначальное название "Московский Дворец бракосочетаний"), по проекту включающего в себя собственно дворец бракосочетаний, офисные помещения, расположенные в 45-этажной башне, помещения музея, выставочного центра, рестораны и 3-х этажный гараж, размещенные в стилобатной части.

Офисная башня отличается особой архитектурной формой - двойной спиралью, основанной на том, что каждый последующий этаж повернут в плане на 3 градуса по отношению к предыдущему, с осью вращения, расположенной в центре этажа (рис. 26). Проектная отметка высотной части комплекса составляет 249,4 м от поверхности земли. Жесткость башни обеспечивается конструкцией центрального ствола, представляющего собой лестнично-лифтовой узел с вентиляционными шахтами и техническими помещениями, выполненный из монолитного железобетона [9].

Фундамент высотной части сооружения представляет собой буронабивные сваи, объединенные монолитным железобетонным ростверком. Средняя расчетная нагрузка на сваю составляет 17000 кН. Фундаментом стилобатной части служит плита на естественном основании. Дно котлована расположено на глубине 15 м, по периметру участка устроена ограждающая противофильтрационная конструкция - монолитная железобетонная "стена в грунте" [66]. Летом 2011 г. завершено устройство фундаментного основания сооружения. По официальным данным ввод здания в эксплуатацию предполагается в 2014 г.

На участке 4 строится многофункциональный комплекс "Imperia Tower", включающий в себя отдельно стоящие аквапарк и высотное 60-этажное здание с заглублением до 15 м от поверхности земли (рис. 27). Комплекс архитектурно увязан с Краснопресненской набережной и будет соединен с причалом речного пассажирского транспорта.

Ограждающая конструкция участка состоит из 2-х частей: с востока и юга он ограничен стеной из буросекущихся свай, возведенной при строительстве Центрального ядра, с севера и запада - собственной стеной.

Основанием высотной части здания служит плитно-свайный фундамент, состоящий из 296 буронабивных свай диаметром 1200 мм и 3-х угловых свай диаметром 1500 мм, объединенных плитным ростверком толщиной 4,5 м. Проектная нагрузка на сваи составляет 15500-22400 кН.

Строительство комплекса было начато в 2001 г. и заморожено в 2003, из-за смены владельца. В 2006 г. работы были возобновлены и по состоянию на сегодняшний момент, находятся в заключительной стадии.

Комплекс "Город столиц" (рис. 28), строительство которого ведется на участке №9, включает в себя 2 сооружения: 73-этажную башню "Москва" (проектная высота 274 м) и 62-этажную "Санкт-Петербург" (234 м) с 18-этажным соединительным зданием - подиумом, в котором будут размещены магазины, кинозалы и прочие объекты развлекательной и деловой инфраструктуры.

Основанием для башен служит плитно-свайный фундамент, состоящий из буронабивных свай диаметром 1,2 м и длиной 15-20 м, объединенных монолитным железобетонным ростверком толщиной 4,5 м. Абсолютная отметка дна котлована составляет 106,35 м [64, 9].

Строительство начато в 2003 г. и вскоре было приостановлено в связи со сменой дизайна сооружения. Возобновлено оно было в 2005 г. и по состоянию на начало 2010 г. находится в завершающей стадии (остекление фасада).

Комплекс "Башни на набережной" (рис. 29), расположенный на участке №10 и полностью введенный в эксплуатацию в 2007 г, состоит из 3-х башен - блоков "A", "B" и "C", высотой 85, 127 и 268 м соответственно.

Фундамент башни "C" представляет собой железобетонную плиту толщиной 5 м, устроенную на буронабивных сваях. Фундамент корпусов "A" и "B" - плитные на естественном основании.

На участке 11 будет расположен комплекс "Транспортный терминал", включающий в себя 2 высотных башни высотой 167 и 124 м, предназначенных под офисные помещения и 17-этажное здание гостиницы (проектная высота 61 м), объединенных подземной частью глубиной 25-27 м от поверхности земли (рис. 30). В подземной части сооружения будет расположен транспортный узел, обеспечивающий связь делового центра с линиями метрополитена, аэропортами "Внуково" и "Шереметьево" с использованием системы скоростного транспорта.

К моменту начала проектирования сооружения на соседних участках №№ 6, 10 и 12 уже были возведены ограждающие конструкции. В связи с этим, проектирование и строительство подземной части комплекса было осложнено необходимостью учета и использования конструктивных элементов противофильтрационных конструкций других сооружений ММДЦ "Москва-Сити", разработанных и устроенных в разное время различными организациями. На границе участка №11 с Центральным ядром и Юго-Западным въездом в качестве ограждающих конструкций котлована были использованы имеющиеся "стены в грунте" с осуществлением их укрепления путем устройства грунтовых анкеров. Вновь созданная ограждающая конструкция была выполнена из буросекущихся свай диаметром 1000 мм с шагом 0,9 м в извлекаемых обсадных трубах. Фундамент сооружения комбинированный - плитный с устройством буронабивных свай диаметром 1,2 м длиной 20 м, заглубленных в толщи суворовских и мячковских отложений на участках приложения нагрузок, превышающих 0,4 МПа [66].

В период экономического кризиса строительство проекта было приостановлено на стадии устройства подземной части и вновь возобновлено в 2011 г.

На участке 12 располагается строительная площадка комплекса "Евразия", по проекту представляющего собой двухуровневое 75-этажное сооружение высотой 309 м на 3-х этажном подиуме (рис. 31).

Глубина ограждающей конструкции котлована типа "стена в грунте" 23,2 м. В качестве фундамента под высотную часть здания использованы буронабивные сваи диаметром 1500 мм, объединенные монолитным железобетонным ростверком толщиной 3,0 м.

По состоянию на начало 2010 г. строительство приостановлено по экономическим причинам на стадии возведения 50-го этажа.

Комплекс "Федерация", строительная площадка которого расположена на участке 13, по проекту представляет собой многоуровневый подиум с двумя трехгранными разновысотными башнями - "Восток" (93 этажа, 354 м) и "Запад (62 этажа, 242 м) с расположением между ними шпиля высотой 448 м (рис. 32).

Глубина строительного котлована составляет 15,2 м, дно котлована расположено на абсолютной отметке 109 м. Противофильтрационная завеса по периметру участка комбинированная и состоит из траншейной "стены в грунте" толщиной 0,8 м и участков, выполненных из буросекущихся свай диаметром 750 мм с шагом 0,6 м. Заглубление противофильтрационных конструкций осуществлено в толщу воскресенских глин на абсолютную 101,5 м [66]. Конструкция фундамента плитно-свайная.

Башня "Запад" построена в 2007-м г., строительство башни "Восток" было приостановлено на уровне 60-го этажа по финансовым причинам. Рассматривался вариант, предусматривающий сокращение этажности башни до 64-х, т.е. до уровня башни "Запад", однако летом 2011 г. работы были возобновлены.

На участке 14 ведется строительство сооружения под названием "Меркурий Сити Тауэр", по проекту представляющего собой 70-этажное многофункциональное трехступенчатое здание высотой 322 м со шпилем до 380 м (рис. 33). Конструкция фундамента сооружения плитно-свайная. Плита заглублена на 5 подземных этажей, предусмотрено ограждение котлована сплошной железобетонной "стеной в грунте". Строительство здания было начато в 2005-м г. В данный момент сооружение возведено до проектной отметки и ведутся работы по остеклению фасада здания.

На участке 15 строится комплекс административных зданий Мэрии и правительства Москвы, по первоначальному проекту представляющих собой четыре вертикальных 72-этажных башни высотой по 308 м, соединенных между собой в верхней части восьмиэтажными, а в нижней - одноэтажными мостами

Участки 14 и 15 имеют общий котлован глубиной 25 м с расположением дна на абсолютной отметке 103,5 м в толще глин воскресенской подсвиты. По периметру участков устроена ограждающая конструкция типа "стена в грунте" толщиной 0,8 м.

Фундамент сооружения на участке №15 комбинированный плитно-свайный. Толщина плитного ростверка 4,8 м, сваи буронабивные, диаметром 0,9 и 1,5 м и длиной 17 и 20 м соответственно. Конструктивно при этом они устроены таким образом, что воспринимают основную часть нагрузки по боковым поверхностям [64, 9].

В период глобального экономического кризиса строительство сооружения было "заморожено" на финальной стадии возведения подземной части. В настоящее время проект выставлен на открытые торги и, вероятно, проект будет существенно изменен.

Участок № 16 разделен на две части: 16-а и 16-б. На участке 16-а планируется возведение офисно-административного высотного здания (45 этажей, 215 м) и здания с апартаментами (87 этажей, 330 м). На участке 16б будет расположена общественная подземно-надземная автостоянка и 22-этажная гостиница (рис. 35). На сегодняшний момент котлован пройден до проектной отметки, осуществляется устройство фундаментного основания.

На участке 17-18 предполагалось строительство многофункционального комплекса "башня Россия". Внешне проект башни представляет собой пирамиду, образованную тремя соединенными между собой под углом 120є сужающимися кверху блоками, между которыми в центре по высоте башни проходит сердцевидное пространство (рис. 36). Каждый блок имеет, примыкающее к центральной части башни ядро жесткости в виде лестнично-лифтового узла [9]. Проектная высота сооружения должна составить 612 м, таким образом, здание должно было стать высочайшим на территории делового центра и самым высоким зданием в Европе.

В разработанном английским архитектором Норманном Фостером проекте здания предусмотрено множество новаторских решений, таких как система энергосбережения, основанная на базе единого контура с водой в качестве теплоносителя, распределение энергии которой варьируется в зависимости от времени года и система естественной вентиляции [66].

Первоначальный проект предполагал заглубление подземной части на 48,5 м, но впоследствии он был пересмотрен по результатам инженерно-геологических изысканий. Процесс разработки фундаментного основания башни "Россия" подробно рассматривается в главе 3.2.

По состоянию на начало 2010 г., на стадии частичного выполнения работ по устройству "стены в грунте", реализация проекта приостановлена по экономическим причинам. Рассматривается вопрос строительства на участке временной автостоянки сроком эксплуатации 4 года с перспективой возведения другого высотного здания.

На участке 19 располагается сооружение "Северная башня", высотная часть которого достигает отметки 132 м от поверхности земли, включающее в себя пожарное депо, различные диспетчерские службы, девятиуровневую автостоянку и офисные помещения (рис. 37). Фундаментная часть сооружения представляет собой плиту на естественном основании, опирающуюся на толщу окремненных известняков перхуровской подсвиты. Здание полностью построено и введено в эксплуатацию в 2008 г.

На участке 20 планируется постройка выставочно-делового комплекса, по проекту представляющего собой здание высотой 228 м, имеющее 5 подземных этажей, на крыше которого планируется устроить вертолетную площадку. Проект несколько раз подвергался пересмотру, и по состоянию на сегодняшний день, отложен на неопределенное время.

Говоря о подземном пространстве территории ММДЦ "Москва-Сити" нельзя не упомянуть об еще одном важнейшем его элементе - тоннельных и вестибюльных сооружениях метрополитена. Функционирующий в настоящее время участок Филевской линии метрополитена, ведущий к территории ММДЦ ответвляется от основной линии на перегоне между станциями Киевская и Кутузовская, проходит под руслом р. Москвы и подходит к территории делового центра с северо-востока. Пересадочный узел станции "Выставочная", первоначально названной "Деловой центр" расположен на двух нижних ярусах подземного пространства Центрального ядра. На всем протяжении линии в пределах Центрального ядра, впервые в отечественном метростроении применена уникальная технология верхнего строения пути. Рельсовый путь уложен на монолитную железобетонную плиту, которая сопрягается с несущими конструкциями через пружинные виброизолирующие устройства, что позволяет максимально защитить сооружения Центрального ядра ММДЦ "Москва-Сити" от вибраций, а также значительно уменьшить уровень шума при движении поездов. Сразу за станцией "Деловой центр" сооружен перекрестный съезд, по которому осуществляться оборот составов [115].

После выхода из зоны Центрального ядра тоннели по крутой кривой, радиусом 150 метров, поворачивают на северо-запад к третьему транспортному кольцу. Строительство этого участка осуществлялось буровзрывным способом, обделка тоннелей выполнена из чугунных тюбингов. Сама станция "Международная" - трехсводчатая, глубокого заложения, колонно-стеновой конструкции - построена закрытым способом. Тюбинговые кольца боковых залов внешним диаметром 7,5 метров разомкнуты и опираются на стеновые конструкции из стального проката. На эти стены опирается и свод центрального зала, диаметром также 7,5 метров [115].

В перспективе предполагается соединение станции "Выставочная" с проектируемыми Калининско-Солнцевской линией и Третьим пересадочным контуром (иногда называемым Ходынской линией). В подземной части строящегося в настоящее время на 11 участке сооружения "Транспортный терминал" предусмотрены углубления для путей метрополитена

4.6 Инженерно-геологические изыскания для строительства сооружений ММДЦ "Москва-Сити"

Комплекс подземных конструкций ММДЦ "Москва-Сити" представляет собой сложную систему, все элементы которого технологически увязаны друг с другом. Высотные здания имеют общие "стены в грунте", их фундаменты устроены таким образом, чтоб обеспечить функционирование существующих и прокладку проектируемых линий метрополитена. На рис. 39 приведена схема организации подземного пространства территории делового центра, хорошо иллюстрирующая эту особенность ММДЦ.

В идеале такой интеграционный подход должен быть применен при проектировании подземных сооружений на всей территории города. Принципиальная разница заключается в том, что подземное пространство г. Москвы уже содержит огромное количество подземных конструкций, тоннелей, коммуникаций, затрудняющих внедрение в него новых сооружений, сведения о которых часто весьма отрывочны, а иногда секретны. Однако проектирование новых подземных сооружений целесообразно вести с осуществлением взаимоучета их особенностей. В этом смысле опыт строительства делового центра подтверждает тезис о необходимости обоснования строительства высотных зданий на этапе градостроительного проектирования - не только с позиций их размещения в благоприятной геологической обстановке, но и с точки зрения оптимизации процесса их интеграции с другими подземными сооружениями для обеспечения максимальной функциональности. Такой подход согласуется с предложенными принципами соблюдения этапности работ и осуществления перманентного моделирования, начиная с самых ранних стадий проектирования.

Однако первоначальный выбор участка для строительства ММДЦ был все же осуществлен без какого-либо учета геологических особенностей. На тот момент отсутствовала информационная база, необходимая для реализации принципа альтернативности местоположения высотных зданий. Да и с точки зрения функциональности об альтернативности говорить не приходилось - вряд ли возможно было найти в пределах центрального административного округа г. Москвы другой участок пригодный для размещения такого количества высотных зданий. Так что о применении вышеуказанного принципа при проведении инженерно-геологических исследований и изысканий для строительства объектов ММДЦ можно говорить только в контексте размещения сооружений в пределах выделенной для застройки территории. Уже на стадии архитектурной задумки была очевидна уникальность ММДЦ "Москва-Сити" как комплекса объектов, способных оказывать сложно прогнозируемое влияние на геологическую среду г. Москвы. Первые геологические исследования на территории делового центра были начаты в 1989 году с целью геологического обоснования архитектурно-планировочной концепции застройки. Первая аналитическая оценка геологических условий строительства и прогноз влияния застройки на геологическую среду были составлены в 1993 году. В дальнейшем к геологическим исследованиям были привлечены ведущие организации г. Москвы в области инженерно-геологических изысканий, мониторинга подземных вод, методов лабораторных и полевых исследований горных пород, моделирования фильтрации подземных вод и напряженно-деформированного состояния грунтового основания. Под руководством академика РАН В.А. Ильичева была разработана Программа научного сопровождения строительства, координирующая деятельность организаций, проводящих собственные исследования на территории ММДЦ и регламентирующая необходимый перечень исследований с учетом уровня ответственности возводимых сооружений [103]. Сегодня научно-методическое сопровождение строительства делового центра ведется в НИИИОСП им. Герсеванова. Таким образом, несмотря на то, что в проведения инженерных изысканий под объекты делового центра, их проектировании и строительстве приняло участие большое количество организаций разного профиля, координация всех этих работ осуществлялась одним экспертным органом, что в полной мере согласуется с предложенным принципом обязательного научно-методического сопровождения.

В 1993-1998 гг. был проведен ряд исследований, связанных с инженерно-геологическим обеспечением строительства Центрального ядра и получением материалов для построения постоянно действующих геомеханической и геофильтрационной моделей территории делового комплекса, которые впоследствии детализировались по результатам проведения инженерно-геологических изысканий на участках застройки. Это позволило осуществлять учет взаимовлияния сооружений на разных участках застройки при прогнозировании изменения гидрогеологических условий и напряженно деформированного состояния грунтового массива.

В 1996 г на территории делового центра впервые была создана сеть режимных гидрогеологических скважин, располагающихся по периметру центрального ядра и к северу от него. На протяжении почти трех лет велись систематические наблюдения за уровнями, температурой и химическим составом подземных вод. Однако к концу 1998-го года скважины были уничтожены в результате проведения строительных работ, и впоследствии новая сеть режимных скважин была создана только в 2004 г. Сегодня она включает в себя 16 скважин, сгруппированных в 6 кустов (рис. 41). Наблюдаются динамика уровней, температуры и химического состава всех водоносных горизонтов, расположенных в пределах зоны взаимодействия с сооружениями ММДЦ "Москва-Сити". процессе строительства сооружений делового центра также осуществлялся геотехнический мониторинг - на фундаментах отдельных сооружений установлены датчики, регистрирующие напряженное состояние и деформации.

Таким образом, принцип мониторинга был реализован при строительстве сооружений ММДЦ, хотя и достаточно в общих чертах. Многолетний перерыв в проведении наблюдений за динамикой подземных вод, к сожалению, не позволяет произвести детальный анализ трансформации гидрогеологической обстановки под влиянием строительства комплекса высотных сооружений, хотя тенденции, выявленные путем сравнения результатов двух периодов наблюдений достаточно интересны.

В ратмировском и суворовском водоносных горизонтах - 2 и 3 от поверхности, соответственно, заметна явная тенденция на подъем уровней. Причиной может быть общее уменьшение объемов водопонизительных работ на территории ММДЦ, а также накопительный (во времени) эффект в уменьшении общей проводимости горизонтов за счет глубоких свайных фундаментов с частым расположением свай и их большим диаметром, а также значительных объемов инъецированных в массив цементных и иных растворов.