В Независимом Электронном Журнале «ГеоИнфо» опубликована редакционная статья «Самое высокое здание в Европе. Часть 3. Геотехнические решения комплекса «Лахта Центр». Статья подготовлена Аналитической службой ГЕОИНФО.

Башня общественно-делового комплекса «Лахта Центр» на берегу Балтийского моря в Санкт-Петербурге стала самым высоким небоскребом в Европе и уже готовится к сдаче в эксплуатацию. Ее высота составляет 462 м. Общие сведения об этом крупнейшем девелоперском проекте Северной столицы приведены в первой части статьи, информация об инженерных изысканиях для него – во второй. Здесь мы расскажем о геотехнических решениях и ходе строительства фундаментов комплекса (прежде всего для его высотной части).

Подходит к концу работа над крупнейшим девелоперским проектом Санкт-Петербурга – созданием на берегу Балтийского моря общественно-делового комплекса «Лахта Центр», 462-метровая башня которого стала самым высоким небоскребом в Европе и самым северным супервысотным зданием в мире (рис. 1-2). Инвестором и заказчиком является ПАО «Газпром нефть». Стоимость комплекса, как стало недавно известно, составляет не менее 155,6 млрд рублей (2,5 млрд долларов), что значительно больше затрат на самое высокое здание в мире – «Бурдж-Халифу» в ОАЭ, на которую ушло 1,5 млрд долларов [2].

Рис. 2. Общественно-деловой комплекс «Лахта Центр» на берегу Финского залива в Санкт-Петербурге

Уже в конце октября 2018 года планируется ввод «Лахта Центра» в эксплуатацию и там начнется обустройство офисов ПАО «Газпром нефть» и других компаний корпорации «Газпром». Его официальное открытие намечено на 2019 год. И тогда 57% площадей комплекса будут доступны для туристов и жителей Петербурга.

Общие сведения о проекте приведены в первой части статьи [3], информация об инженерных изысканиях для него – во второй [4]. Здесь рассказывается о геотехнических решениях и ходе строительства фундаментов «Лахта Центра» (и прежде всего для его башни).

На основе результатов инженерных изысканий [4] были выбраны конструктивные решения фундаментных и надфундаментных конструкций. Правильность выбора была подтверждена совместными расчетами систем «грунтовое основание – фундамент – здание» для объектов комплекса. Эти расчеты выполнялись НИИОСП и ПКБ «Инфорспроект», а независимую проверку результатов расчетов и принятых проектных решений выполняла ведущая мировая инжиниринговая компания ARUP [5].

Рис. 3. Создание свайного поля внутри периметра «стены в грунте» до откопки котлована под башню «Лахта Центра» [8]

Отметим, что управление проектом, координация и увязка решений, заложенных в его смежных разделах, были облегчены и упорядочены с помощью технологий информационного моделирования. Для организации и контроля правильности этапов проектирования и строительства комплекса и автоматической корректировки чертежей, расчетов и т.д. при необходимости использовались виртуальные трехмерные модели BIM, объединяющие все данные проектной документации (в том числе о месте монтажа каждого элемента конструкций, отраженном в его штрих-коде). Эти модели можно назвать четырехмерными, т.к. в качестве четвертого измерения использовалось время реализации проекта [6, 7].

Рассмотрим строительство фундамента высотной башни «Лахта Центра», которое началось в октябре 2012 года. Как и обычно при строительстве небоскребов на нескальных грунтах, была выбрана свайно-плитная фундаментная система с параметрами и размещением элементов, оптимальными для конкретных условий площадки и конкретного проекта.

Основную часть работ нулевого цикла выполняли компании Arabtec (ОАЭ), Bauer (Германия) и ЗАО «Геострой» (Россия). Использовалась импортная техника производства компаний Bauer, Casagrande и др. Для разработки составов бетона были привлечены НИИЖБ им. Гвоздева (Россия) и НИИ гидротехники имени Б.Е. Веденеева (Россия).

Сначала с поверхности создали ограждение будущего котлована – пятиугольную железобетонную «стену в грунте» толщиной 1,2 м, глубиной 31 м и периметром более 300 м (диаметр описанной вокруг нее окружности составил 98 м). Устройство траншеи для стены производилось под защитой бентонитового раствора для предотвращения обрушения ее стенок. После установки стальной арматуры в траншею было залито 11 000 куб. м бетона. На верхнюю часть конструкции была установлена обвязочная балка.

Параллельно внутри периметра стены с поверхности выполнили 264 буронабивных железобетонных сваи трения (рис. 3) диаметром 2 м до глубины 82,5 и 72,5 м от дневной поверхности (после откопки котлована и демонтажа оголившихся верхних частей свай их длина составила 65 и 55 м соответственно). Более длинные сваи создавались в средней части (непосредственно под надфундаментной частью башни) для предотвращения неравномерности осадок (рис. 4).

Рис. 4. Схема свайного поля фундаментной системы башни «Лахта Центра». В средней части, находящейся непосредственно под надфундаментной частью высотного здания, более темным цветом отмечены сваи большей длины [9]

Бурение под сваи выполнялось с помощью немецких установок BAUER BG40. Для предотвращения осыпания грунта и проникновения оставшихся внутри «стены в грунте» подземных вод верхние 30 м скважин проходили с обсадными трубами. А далее использовались специально разработанные приспособления, расширяющие скважины до наружного диаметра обсадных труб. На основе проведенных испытаний бурение выполнялось без бентонитового раствора. За качеством бурения и очистки забоя следили с помощью управляемых видеокамер (рис. 5).

Рис. 5. Проверка качества стенок скважины под сваю с помощью опускаемой туда видеокамеры с подсветкой [8]

Затем в скважины погружали железобетонные каркасы и заливали их бетоном, после чего извлекали обсадные и бетонолитные трубы. Прочность сварочных швов каркаса и сплошность бетона в каждой свае проверяли методом ультразвуковой диагностики. После застывания бетона качество свай выборочно контролировалось путем выбуривания из них образцов керна.

Четыре из рабочих свай (по две каждой длины) были испытаны на статическую нагрузку с помощью установленных в их телах силовых ячеек Остерберга (систем гидравлических домкратов и измерительных приборов). Эти испытания подтвердили правильность инженерных расчетов и показали, что коэффициент запаса несущей способности каждой сваи составляет 2,5. Боковая поверхность свай несет 85% нагрузки, а их нижние концы – 15% [5–14].

После окончания свайных работ происходила выемка грунта внутри «стены в грунте». При откопке и креплении верхней части котлована использовалась система водопонижения в виде иглофильтров по его периметру, погруженных в слабый грунт на глубину 4–5 м для откачки воды из верхнего водонасыщенного горизонта, «запертого» внутри стены (в нижележащих глинах воды практически нет). По мере увеличения глубины котлована по технологии «сверху вниз» было создано 4 железобетонных распорных диска (пояса жесткости) толщиной 0,65 м (рис. 6). Распорные диски опирались на металлические двутавровые балки, установленные в 50 из 264 буронабивных свай во время изготовления последних. Отметим, что дисковая распорная система (в отличие от анкерной) позволяет не только укрепить подпорную стену котлована и дать ей возможность выдержать боковое давление окружающего грунта, но и параллельно вести работы на прилегающей территории.

Рис. 6. Котлован для строительства фундамента башни «Лахта Центра» после создания четвертого распорного диска и выемки грунта под ним [11]

Одновременно с работами по выемке грунта и устройству распорной дисковой системы устранялись технологические неровности внутренней стороны ограждения котлована и демонтировались оголявшиеся верхние части свай (тем не менее из-за удобства работы с тяжелой техникой было дешевле создавать сваи с дневной поверхности, тем более что они помогали удерживать грунт от осыпания при его экскавации). При этом 50 стальных двутавровых колонн, установленных внутри 50 свай, оставляли нетронутыми. Сохранялась также целостность проводов от вмонтированных в сваи датчиков, необходимых для обеспечения мониторинга их состояния и работы на протяжении всех этапов строительства и эксплуатации здания.

В общей сложности было вынуто более 100 000 куб. м грунта. Работа строительной техники осложнялась присутствием в ледниковых моренных отложениях включений гравия, булыжников, огромных валунов и даже старых забивных железобетонных свай, которые приходилось извлекать методом разбуривания [15].

На дне котлована глубиной около 21 м был насыпан слой щебня и залит слой бетона толщиной 0,3 м (рис. 7). На нем была собран арматурный каркас весом примерно 9 600 т (рис. 8) и залита самоуплотняющимся бетоном нижняя плита фундамента толщиной 3,6 м и площадью 5 720 кв. м (рис. 9, 10). При этом был установлен новый мировой рекорд по непрерывному бетонированию – за 49 часов было залито 19 624 куб. м. По прочности конструкция нижняя плита фундамента, объединившая оголовки 264 буронабивных свай, превосходит бункеры, рассчитанные на атомную бомбардировку [9, 16].

Рис. 7. Бетонная подготовка к сборке арматурного каркаса для нижней фундаментной плиты башни «Лахта Центра» [11]

Рис. 8. Сборка арматурного каркаса для нижней фундаментной плиты башни «Лахта Центра» [17]

Рис. 9. Бетонирование нижней плиты фундамента башни «Лахта Центра» с укрытой для защиты от осадков поверхностью [8]

Рис. 10. Трехмерная модель дисковой распорной системы котлована для строительства фундамента, свайного поля и объединяющей их нижней фундаментной плиты башни «Лахта Центра» в разрезе [11]

В центре готовой нижней плиты снизу вверх начали строить подземную часть ядра жесткости башни в виде трубы с внешним диаметром 28 м и толщиной стены в пределах фундаментной части 2,5 м. Между ядром и внешним периметром соорудили 10 композитных (сталежелезобетонных) радиальных диафрагм жесткости толщиной по 2,5 м и высотой по 11 м (рис. 11).

Рис. 11. Строительство ядра (в котором будут располагаться вертикальные коммуникации – лифты, лестницы, инженерные сети и др.) и радиальных диафрагм жесткости фундаментной системы башни «Лахта Центра» [18]

Сверху на диафрагмы жесткости легла верхняя железобетонная плита фундамента толщиной 2,0 м. Между нижней и верхней плитами было создано дополнительное железобетонное перекрытие толщиной 0,4 м.

Таким образом, фундамент получился коробчатым двухэтажным. Его нижняя и верхняя плиты, соединенные диафрагмами жесткости, работают совместно, принимая вертикальные нагрузки от надфунаментной части здания весом 670 000 т (более узкой, чем фундамент), равномерно распределяя их по нижней плите-ростверку и передавая их основную часть на сваи (рис. 12, 13). Коробчатая структура необходима для жесткости, предотвращения неравномерных осадок и защиты подземной части здания от грунтовых вод. Нижний этаж надфундаментной части башни также оказался «утопленным» в грунте (см. рис. 13). Подземные этажи предназначены для размещения информационного центра и технических систем для обслуживания здания (противопожарного резервуара, системы для кондиционирования воздуха и другого сервисного оборудования).

Рис. 12. Объемная модель каркаса коробчатого фундамента без верхней фундаментной плиты башни «Лахта Центра» в разрезе [18]

Рис. 13. Схематичный вертикальный разрез каркаса подземной части башни «Лахта-центра» (по [19]). КФ – коробчатый фундамент

Общий объем бетона в фундаментной системе башни составляет 94 000 куб. м (47 000 – в сваях и 47 000 – в коробчатом фундаменте). Во всех элементах использовался бетон определенных классов и марок по прочности, водонепроницаемости и морозостойкости [5, 9, 11, 12, 16, 18–20].

Несмотря на то что фундаментная система строилась с большим запасом прочности (как всегда в случае небоскребов на подобных грунтах), для контроля качества и поведения подземных конструкций, грунта основания и их взаимодействия в процессе строительства и последующей эксплуатации была создана обширная система геомониторинга с выдачей всей необходимой информации в режиме реального времени. Под башней было размещено 2 619 датчиков для измерения напряжений и деформаций в конструкциях и грунте, а также порового давления в грунте. После возведения каждых пяти новых этажей здания система геомониторинга автоматически выдавала отчет о состоянии и поведении свай, коробчатого фундамента и грунта основания [6].

Теперь кратко рассмотрим строительство фундаментных систем остальных зданий «Лахта Центра».

Из-за близости к заливу площадь застройки всего комплекса была предварительно защищена шпунтовой стенкой.

При строительстве фундамента многофункционального здания с длиной фасада более 260 м и площадью основания более 2 га не стали сооружать «стену в грунте», а ограничились лишь обсадными трубами при бурении под сваи до определенной глубины и иглофильтрами. Под двумя корпусами этого здания было выполнено 848 буронабивных железобетонных свай длиной 65 и 55 м с переменными диаметром (более или менее 1 м) и разным шагом (3 или 9 м) в зависимости от нагруженности участков. Более длинные и толстые сваи с меньшим шагом расположены под восемью более тяжелыми несущими ядрами многофункционального здания во избежание неравномерности осадок. Свайное поле площадью 22 000 кв. м было объединено железобетонной плитой-ростверком толщиной 2 м, которая создавалась в 8 этапов. Для ее строительства понадобилось 7 000 т арматуры и 44 000 куб. м бетона. Отметим, что фундамент многофункционального здания строился параллельно с фундаментом башни (рис. 14).

Рис. 14. Аэрофотоснимки площадки комплекса «Лахта-Центр» при нулевом цикле строительства [16, 21]

Под цокольной частью комплекса «Лахта Центр» (так называемым стилобатом, или подиумом), было выполнено 968 буронабивных железобетонных свай диаметром 0,6 м. Стилобат имеет железобетонный монолитный каркас, состоящий из плит перекрытий, колонн, балок и стен. Он имеет 2 надземных и 1 подземный этаж и скрывает парковку на 2 000 автомобилей, складские помещения и транспортно-логистический проезд, который затем уходит под многофункциональное здание. На его кровле расположена пешеходная зона. Получить представление о расположении и внешнем виде стилобата может помочь рис. 15.

Рис. 15. Трехмерные модели, отражающие расположение стилобата (см. нижние части рисунков) относительно других зданий комплекса «Лахта Центр» [22, 26]. Вход в арку расположен на более низком уровне, чем верхняя часть стилобата

Всего под комплексом «Лахта Центр» было создано 2080 свай.

Что касается арки главного входа, выполненной в виде отдельного сооружения, расположенного у подножия башни с другой стороны от многофункционального здания (см. рис. 2, а), она не имеет собственного фундамента. Ее балки интегрированы в плиту-перекрытие подземной части стилобата. В этой плите заложены 14 гильз-каналообразователей, в которых размещено по 10 высокопрочных стальных канатов диаметром по 12,5 мм, причем в закачанном туда специальном растворе, трансформирующем каждый пучок канатов в монолитный трос. До монтажа конструкций арки натяжение канатов составляло всего 50% от рабочего. После монтажа арки ее собственный вес компенсирует натяжение системы канатов, работающей наподобие натянутой тетивы спортивного лука.

Кроме того, на площадке комплекса и прилегающей территории был построен подземный коллектор протяженностью 3 км для сбора бытовой и ливневой воды и сброса ее в очистные сооружения [8, 9, 15, 23–26].

Поскольку здание, его фундаментная система и грунтовое основание всегда работают как единое целое, мы не ограничимся рассказом о геотехнических решениях и в следующей части статьи рассмотрим строительство надфундаментных частей зданий «Лахта Центра», которое началось в августе 2015 года [8].

Список литературы и других источников

1. https://www.spb-guide.ru/foto_140623.htm.
2. https://www.cre.ru/analytics/71553.
3. Самое высокое здание в Европе. Часть 1. Общая информация о проекте «Лахта Центр» // Геоинфо. 27.08.2018.
4. Самое высокое здание в Европе. Часть 2. Инженерные изыскания для строительства комплекса «Лахта Центр» // Геоинфо. 19.09.2018.
5. http://www.lahta-olgino.ru/lahta-center/posts/voprosy-i-otvety.
6. https://vid1.ria.ru/ig/sip/lakhta/main/.
7. https://ardexpert.ru/article/12751.
8. https://ria.ru/society/20180202/1513631694.html.
9. https://lakhta.center/ru/.
10. http://jvkc.ru/portfolio/lahta.html.
11. https://maistro.ru/articles/building/raspornaya-diskovaya-sistema-kotlovana-lahta-centra.
12. https://www.spb.kp.ru/daily/26060/2969433/.
13. http://www.geostroy.ru/publication/27-may-15/.
14. http://stopress.ru/archive/html/STO_0235_APRIL_2015/LAHTA_CENTR_PERVIE_ETAZHI.html.
15. https://masterok.livejournal.com/4612219.html.
16. https://undergroundexpert.info/issledovaniya-i-tehnologii/tehnologii/lakhta-tsentr-stroitelstvo/.
17. https://www.instagram.com/p/0X-k2QQSll/?hl=nl.
18. http://tvosibgtv.ru/ru/events_geotechnics/zalivka-verhnej-plity-fundamenta-bashni-lahta-centra.html.
19. https://sdelanounas.ru/blogs/68657/.
20. https://www.youtube.com/watch?v=AzmvHiz4TLA.
21. http://lakhtacenterprodject.tilda.ws.
22. https://ok.ru/video/9556723087.
23. https://habr.com/company/lakhtacenter/blog/406465/.
24. https://lakhtacenter.livejournal.com/172758.html.
25. https://vk.com/wall-23975708_3141.
26. https://lakhtacenter.livejournal.com/tag/стилобат.

Заглавная иллюстрация: http://lakhta.center/ru/

По материалам geoinfo.ru