7 Исходные данные для проектирования и требования к инженерным изысканиям

7.1 Проектирование подземных сооружений должно осуществляться на основании технического задания на проектирование. Разработку геотехнических и конструктивных разделов проекта следует осуществлять на основании следующей исходной документации:

- отчетов об инженерных изысканиях (инженерно-геодезических, инженерно-геологических, инженерно-геотехнических, инженерно-экологических);

- инженерной цифровой модели местности (ИЦММ) с отображением подземных и надземных сооружений и коммуникаций;

- отчетов о техническом обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений окружающей застройки в зоне влияния строительства;

- проектов строящихся зданий и сооружений в зоне влияния строительства;

- результатов стационарных наблюдений и мониторинга (при строительстве на территориях с проявлениями опасных геологических и инженерно-геологических процессов);

- технических условий, выданных всеми уполномоченными заинтересованными организациями.

7.2 Исходные данные для разработки проектов должны быть актуальны на момент выполнения проектирования. Необходимость актуализации исходных данных следует проверять до начала проектирования.

Результаты инженерных изысканий и ИЦММ допускается использовать без актуализации при сроке давности их выполнения, не превышающем 3-х лет. Для подземных сооружений мелкого заложения рекомендуется использовать цифровую модель ситуации, являющуюся составной частью ИЦММ, без ее актуализации сроком давности не более 1-го года.

Результаты технического обследования зданий и сооружений допускается использовать при сроке давности выполнения обследования, не превышающем 3-х лет для сооружений, имеющих категорию технического состояния I (нормальное) или II (удовлетворительное), и не превышающем 2-х лет для сооружений категорий III (неудовлетворительное) или IV (предаварийное или аварийное). Для актуализации ранее выполненных результатов обследований следует повторно определять категорию технического состояния сооружений.

П р и м е ч а н и е – Категории технического состояния сооружений приведены в соответствии с указаниями СП 22.13330.2011.

7.3 Инженерные изыскания для проектирования подземных сооружений на территории Москвы должны проводиться в соответствии с СНиП 11-02-1996/СП, ГОСТ 30416-96, ГОСТ 30672-99 и удовлетворять требованиям настоящего СП.

Наименование грунтов и их классификационные характеристики, приводимые в отчетах об инженерно-геологических и инженерно-геотехнических изысканиях, следует принимать в соответствии с ГОСТ 25100-95.

Техническое задание и программу инженерно-геологических и инженерно-геотехнических изысканий следует составлять с учетом дополнительных указаний СП 22.13330.2011, СП 23.13330.2011, СП 24.13330.2011, СНиП 32-02-2003/СП.

7.4 Инженерные изыскания следует планировать с учетом требований строительства и эксплуатации проектируемого подземного сооружения. Объем инженерных изысканий может пересматриваться по мере поступления новой информации в процессе производства изысканий.

7.5 До начала выполнения изысканий следует изучить историю использования площадки проектируемого строительства и прилегающей территории, выявить возможные формы техногенного воздействия на геологическую среду: погребенный рельеф, техногенные включения, области загрязнения, эксплуатируемые и заброшенные подземные сооружения и коммуникации и пр.

7.6 Инженерные изыскания должны планироваться на основании технического задания, в соответствии с которым разрабатывается программа изысканий.

При составлении программы и проведении изысканий необходимо учитывать геотехническую категорию объекта строительства. В зависимости от геотехнической категории сооружения следует назначать объемы и методы исследований.

7.7 При планировании инженерно-геологических и инженерно-геотехнических изысканий следует учитывать в ряде случаев необходимость выполнения изысканий вне границ площадки строительства в соответствии с СП 22.13330.2011.

7.8 К составлению технического задания и согласованию программы инженерно-геологических и инженерно-геотехнических изысканий для проектирования подземных сооружений геотехнической категории 2 рекомендуется, а геотехнической категории 3 -следует привлекать специалистов, ответственных за геотехнические разделы проекта.

П р и м е ч а н и е - Выбор методов полевых и лабораторных методов исследования свойств грунтов должен во многом определяться используемыми геотехническими моделями и методами расчета и, в силу этого, оставаться в компетенции проектировщика.

7.9 Для проектирования объектов геотехнической категории 1 характеристики грунтов допустимо назначать на основании материалов изысканий прошлых лет, по таблицам СП 22.13330.2011, результатам зондирования, в соответствии с имеющимся сопоставимым опытом.

7.10 Для проектирования сооружений геотехнической категории 2 характеристики грунтов следует устанавливать на основании непосредственных испытаний грунтов в полевых и лабораторных условиях.

7.11 Для проектирования сооружений геотехнической категории 3 дополнительно к требованиям 7.10 должны быть определены состав и свойства специфических грунтов, проведены все необходимые исследования, связанные с развитием опасных геологических и инженерно-геологических процессов. Должны выполняться опытно-фильтрационные работы, стационарные наблюдения и другие специальные работы и исследования в соответствии с техническим заданием и программой изысканий.

Для подземных сооружений в зависимости от их особенностей при полевых и лабораторных исследованиях физико-механических свойств грунтов и скальных массивов по специальному заданию могут определяться дополнительные специфические характеристики, необходимые для расчетов оснований сооружений и их конструкций, комплексно применяться геофизические и другие методы.

7.12 Для определения и выбора расчетных значений механических характеристик свойств грунтов для сооружений геотехнической категории 2 и 3 при изысканиях следует предусматривать комплексирование полевых и лабораторных методов определения, а также различных лабораторных методов.

Статистическую обработку результатов определений следует выполнять в соответствии с ГОСТ 20522-96 раздельно для каждого из методов испытаний. В отчете об изысканиях должно быть обязательно указано, каким способом получены те или иные значения.

П р и м е ч а н и е – Следует учитывать, что различные методы испытаний позволяют получить различные значения механических характеристик грунта, являющихся зависимыми от вида напряженно-деформированного состояния и уровня напряжений. В связи с этим окончательный выбор значений характеристик грунта должен осуществлять проектировщик в зависимости от используемых моделей и методов расчета.

7.13 При отсутствии комплексирования в процессе изысканий методов определения деформационных и прочностных характеристики юрских глинистых грунтов в условиях Москвы для сооружений геотехнических категорий 1 и 2 допускается пользоваться рекомендациями и таблицами, приведенными в [7].

7.14 В процессе изысканий для глинистых грунтов должны быть получены значения прочностных характеристик, соответствующих как дренированному, так и недренированному характеру их разрушения, если иное не указано в техническом задании.

П р и м е ч а н и е – Характеристики дренированной (tg φ’ , c’) и недренированной прочности (c_u) грунта используются при анализе долговременных и кратковременных расчетных ситуаций соответственно.

7.15 Для скальных и полускальных грунтов отложений карбона на территории Москвы в процессе изысканий должны быть получены количественные и качественные характеристики физико-механических свойств, характеризующие как основной материал грунта массива (образец), так и массив в целом. Определяемые характеристики должны устанавливаться в программе изысканий в соответствии с СНиП 11-02-1996/СП, ГОСТ 25100-95, СП 22.13330.2011, СП 23.13330.2011, СНиП 32-02-2003/СП.

П р и м е ч а н и е – При оценке качества и свойств скальных и полускальных грунтов необходимо проводить различие между поведением грунта при испытаниях ненарушенных образцов и поведением значительно больших по размерам скальных массивов, которые включают структурные разрывы сплошности, напластования, трещины, зоны сдвигов и пустоты выщелачивания и в силу этого могут характеризоваться значительно более низкими интегральными механическими свойствами.

7.16 При определении свойств грунтов следует учитывать их чувствительность по отношению к различным факторам: изменениям климатических условий или напряженного состояния, замачиванию, химическим воздействиям и пр.

8 Основные принципы проектирования

8.1 Общие указания

8.1.1 Проектные решения должны удовлетворять требованиям 4.5. Требования к долговечности подземных сооружений должны определяться техническим заданием на проектирование и в соответствии с ГОСТ Р 54257-2010.

8.1.2 При проектировании сооружений должны быть рассмотрены все проектные ситуации и их сценарии как для стадии строительства сооружения, так и для стадии его эксплуатации. Должны рассматриваться как кратковременные проектные ситуации и их сценарии, так и долговременные.

П р и м е ч а н и я – 1. Проектные сценарии следует рассматривать, например, при выполнении всех видов поэтапных (постадийных) расчетов.

2. В геотехническом проектировании различие между кратковременной проектной ситуацией и длительной заключается преимущественно в наличии или, соответственно, отсутствии избыточного порового давления в грунте.

8.1.3 Для каждой проектной ситуации и их сценария должно проверяться, что не возможно наступление ни одного из предельных состояний в соответствии с указаниями ГОСТ Р 54257-2010, СП 22.13330.2011 и настоящего СП.

8.1.4 Следует проверять предельные состояния, которые могут возникать в грунтовом основании или подземном сооружении, либо одновременно в обоих при их взаимодействии.

П р и м е ч а н и е – Практический опыт часто показывает, какой вид предельного состояния является определяющим для проектного решения, возможность избежать других предельных состояний можно определить с помощью контрольных проверок.

8.1.5 Предельные состояния следует проверять на основании:

- использования расчетов в соответствии с подразделом 8.4 и разделом 9;

- назначения предписывающих мероприятий в соответствии с подразделом 8.5;

- использования экспериментальных моделей и натурных испытаний в соответствии с подразделом 8.6;

- применения наблюдательного метода в соответствии с подразделом 8.7.

П р и м е ч а н и е – Результаты проверки предельных состояний по возможности следует сравнивать с сопоставимыми опытными данными.

8.1.6 Минимальные требования к объему и содержанию контрольных проверок и расчетов устанавливаются в зависимости от геотехнической категории объекта строительства в соответствии с 5.8-5.10.

8.1.7 Для обеспечения требований по долговечности подземного сооружения в проекте следует оценить влияние условий окружающей среды на долговечность материалов и предусмотреть защиту или подбор материалов с соответствующими свойствами.

При оценке долговечности материалов, используемых в подземных конструкциях, следует учесть возможность наличия агрессивных веществ в подземных водах и грунте, электрохимической коррозии, влияния грибков и аэробных бактерий в присутствии кислорода, влияния температурных воздействий и пр.

Обеспечение требований по долговечности следует выполнять в соответствии с указаниями СП 28.13330.2010.

8.2 Предельные состояния

8.2.1 При проектировании подземных сооружений следует проверять две группы предельных состояний:

- первая группа предельных состояний (ULT) – состояния строительных объектов, достижение которых ведет к потере несущей способности строительных конструкций или основания, к невозможности эксплуатации сооружения;

- вторая группа предельных состояний (SRV) – состояния, при достижении которых нарушается нормальная эксплуатация сооружений, исчерпывается ресурс долговечности конструкций, нарушаются условия комфортности.

8.2.2 Для подземных сооружений к первой группе предельных состояний (ULT) следует относить:

- потеря устойчивости (равновесия) сооружением и основанием, которые рассматриваются как жесткое тело, при недостаточном сопротивлении конструктивных материалов и грунтов основания для обеспечения равновесия (EQU);

- внутреннее разрушение сооружения или его конструктивных элементов, т.е ситуации, в которых прочность конструктивных элементов важна для обеспечения сопротивления (STR);

- разрушение или чрезмерные деформации основания, т.е. ситуации, в которых прочность грунта важна для обеспечения сопротивления (GEO);

- потеря равновесия сооружением или основанием из-за увеличения давления воды (взвешивания) или иными направленными вверх воздействиями (UPL);

- гидравлический подъем в основании, внутренняя суффозия и прочие явления, связанные с наличием гидравлических градиентов (HYD).

К первой группе предельных состояний относятся также аварийные предельные состояния - специфические предельные состояния, отнесенные ГОСТ Р 54257-2010 к особым предельным состояниям.

Аварийные предельные состояния – состояния возникающие при аварийных воздействиях и ситуациях, имеющих малую вероятность появления и форс-мажорный характер, превышение которых приводит к разрушению с катастрофическим последствиями (EXD).

П р и м е ч а н и е – Примером аварийных предельных состояний может являться выход из строя конструктивного элемента подземного сооружения в результате взрыва, пожара, террористического акта; аварийный прорыв напорной водонесущей коммуникации и пр.

8.2.3 Для подземных сооружений ко второй группе предельных состояний (SRV) следует относить:

- достижение предельных деформаций конструкций подземного сооружения или основания, устанавливаемых исходя из конструктивных, технологических или эстетико-психологических требований;

- образование трещин, не нарушающих нормальную эксплуатацию объекта, или достижение предельной ширины раскрытия трещин;

- достижение предельных деформаций окружающей застройки, расположенной в зоне влияния;

- недопустимые уровни вибрационных воздействий;

- недопустимое влияние на гидрогеологические и экологические условия;

- прочие явления, при которых возникает необходимость ограничения во времени эксплуатации подземного сооружения (например, коррозионные повреждения).

8.2.4 Предельные состояния, требующие проверки при проектировании оснований и различных конструкций подземных сооружений, приведены в разделах 12-16.

8.3 Коэффициенты надежности

8.3.1 Проектные решения должны обеспечивать невозможность наступления какого-либо предельного состояния с требуемой степенью надежности.

8.3.2 Для обеспечения требуемой степени надежности при выполнении расчетов и проверок следует использовать частные коэффициенты надежности, учитывающие возможные неблагоприятные отклонения тех или иных параметров, условий строительства и эксплуатации, а также необходимость повышения надежности для отдельных видов строительных объектов.

8.3.3 При проектировании следует использовать следующие группы частных коэффициентов надежности:

γ_n - по ответственности сооружений, определяемые в соответствии с ГОСТ Р 54257-2010;

γ_f - по нагрузке, определяемые в соответствии с подразделом 9.2;

γ_m - по материалу конструкций, определяемые в соответствии с ГОСТ Р 54257-2010;

γ_g - по грунту, определяемые в соответствии с подразделом 9.3;

γ_d – коэффициенты условий работы, устанавливаемые в соответствии со строительными нормами на проектирование различных подземных сооружений и их конструкций;

γ_R - по сопротивлению, определяемые в соответствии с подразделом 9.6.

П р и м е ч а н и я – 1. В ряде случаев коэффициенты условий работы могут представлять собой комбинацию с коэффициентами надежности по сопротивлению γ_Rd.

2. В численных моделях для определения расчетного значения сопротивления R_d или расчетного значения результата воздействий E_d могут вводиться коэффициенты модели γ_Rd и γ_Sd соответственно, чтобы результаты проектной модели отклонялись в сторону запаса надежности (см. 9.6.3).

8.3.4 Частные коэффициенты надежности, принадлежащие к одной группе, могут быть различны для разных характеристик, параметров или условий.

П р и м е ч а н и е – например значения частных коэффициентов надежности по грунту, применяемые к сдвиговой прочности грунта, различны для внутреннего трения и сцепления.

8.3.5 Правила учета частных коэффициентов надежности при проектировании с использованием расчетов устанавливаются в разделе 9.

8.4 Проектирование с использованием расчетов

8.4.1 Проектирование с использованием расчетов является основным способом обеспечения требований надежности подземных сооружений и может выполняться для объектов любой геотехнической категории.

8.4.2 При проектировании подземных сооружений с помощью расчетов, следует выполнять расчеты для всех проектных ситуаций и их сценариев по двум группам предельных состояний.

В первую очередь следует выполнять расчеты для тех предельных состояний, которые определяют основные конструктивные решения и геометрические характеристики подземного сооружения или его элементов. Невозможность наступления прочих предельных состояний следует подтверждать расчетными проверками.

8.4.3 Расчет аварийных предельных состояний (EXD) следует выполнять для подземных сооружений с уровнем ответственности 1а и 1б. Для прочих подземных сооружений его требуется выполнять, если это указано в техническом задании.

8.4.4 Требования к расчетным методам и моделям указаны в разделе 9, а указания и рекомендации по расчетам оснований и конструкций подземных сооружений, приведены в разделах 12-16.

8.5 Проектирование по предписаниям

8.5.1 В том случае, когда расчетные модели отсутствуют или не нужны, возможно избежать превышения предельных состояний, используя предписания, которые включают традиционные и, как правило, консервативные правила проектирования и контроль материалов, выполнения работ, техники безопасности и технического обслуживания.

8.5.2 Проектирование по предписаниям допустимо, если имеется сопоставимый опыт, который делает излишним проведение расчетов.

П р и м е ч а н и е – Проектирование исключительно по предписаниям допускается только для подземных сооружений геотехнической категории 1.

8.5.3 Проектирование по предписаниям допускается в отношении обеспечения морозостойкости, защиты от химической и биологической агрессии, которые обычно невозможно достоверно учесть расчетным путем.

8.5.4 Проектирование по предписаниям допускается выполнять для избежания предельных состояний при аварийных воздействиях, возникновение которые невозможно или очень сложно исключить расчетным путем. При этом предписания должны содержать указания организационного характера, позволяющие исключить рассматриваемое аварийное воздействие.

8.6 Использование экспериментальных моделей и натурных испытаний

8.6.1 В том случае, когда расчетные модели отсутствуют, недостаточно достоверны или не подтверждаются местным сопоставимым опытом, при проектировании следует использовать результаты экспериментальных исследований – модельных или натурных испытаний.

8.6.2 При оценке достоверности результатов экспериментальных исследований следует рассматривать и учитывать следующие факторы:

- различие грунтовых условий при испытаниях и на строительной площадке проектируемого объекта;

- временные эффекты, особенно в тех случаях, когда продолжительность испытаний намного меньше, чем продолжительность нагружения реальных конструкций;

- масштабные эффекты, особенно в случае использования малых моделей.

8.6.3 Испытания допускается проводить на образцах или фрагментах реальных конструкций, полномасштабных или маломасштабных моделях.

8.6.4 Выполнение испытаний следует проводить на основании технического задания и программы работ.

8.6.5 Подготовку и проведение испытаний следует осуществлять таким образом, чтобы условия эксперимента были подобны условиям работы проектируемого подземного сооружения или его конструкций во взаимодействии с грунтовым основанием.

П р и м е ч а н и я – 1. Условия могут считаться подобными, если соблюдаются критерии подобия.

2. При испытаниях маломасштабных моделей для задач, в которых объемные силы, такие как, например, удельный вес грунта или удельное сцепление, играют важную роль, для соблюдения критериев подобия рекомендуется использовать центробежное моделирование.

8.6.6 Допускается использовать испытания, соответствующие условиям неполного или приближенного подобия. В этом случае условия, которые не удовлетворяются в процессе проведения эксперимента, следует учитывать при сопоставлении результатов испытаний с критериями непревышения предельных состояний за счет введения коэффициентов надежности.

8.7 Наблюдательный метод

8.7.1 Если прогноз поведения подземного сооружения, выполненный на основании расчетных или экспериментальных работ, затруднен, то допускается применять подход, известный как «наблюдательный метод» [1,2], который предполагает возможность корректировать проект в процессе строительства на основании результатов геотехнического мониторинга.

8.7.2 Для применения наблюдательного метода необходимо выполнение следующих требований до начала строительства:

- должны быть установлены контролируемые критерии и характеристики;

- следует установить допустимые пределы контролируемых характеристик;

- следует оценить возможный диапазон этих характеристик и удостовериться, что с приемлемой вероятностью реальные характеристики будут находиться в допустимых пределах;

- должна быть разработана программа контроля (мониторинга) изменения выбранных характеристик;

- следует убедиться, что время реакции измерительных систем мониторинга и процедуры обработки и анализа результатов занимают достаточно мало времени по отношению к ожидаемой скорости развития ситуации на площадке для принятия своевременных действий;

- должен быть разработан план мероприятий, которые следует применить в случае превышения контролируемыми характеристиками допустимых пределов.

8.7.3 Контроль и мониторинг на площадке должны выполняться строго в соответствии с программой.

Мониторинг на площадке должен однозначно устанавливать, находятся ли контролируемые характеристики в допустимых пределах. Он должен выполняться с начальной стадии строительства, с регулярностью, позволяющей предпринять необходимые действия в случае превышения допустимых пределов.

8.7.4 Результаты мониторинга должны анализироваться поэтапно по мере их поступления. Намеченные мероприятия по корректировке проекта должны выполняться незамедлительно в случае превышения контролируемыми характеристиками допустимых пределов.

8.7.5 Если наблюдательные системы для проведения мониторинга не дают требуемых надежных данных в достаточном объеме, они должны быть заменены или дополнены.

8.7.6 В случае выполнения намеченных мероприятий и корректировки проекта, программа мониторинга и план дальнейших мероприятий могут быть изменены и дополнены на основании обратных расчетов.

9 Требования к расчетным методам и моделям

9.1 Общие указания

9.1.1 При выполнении расчетов условием обеспечения надежности конструкций и оснований является проверка того, чтобы расчетные значения усилий, напряжений, деформаций, перемещений, раскрытий трещин не превышали соответствующих им предельных значений, установленных нормами проектирования.

9.1.2 Расчеты должны выполняться с использованием адекватных расчетных методов и моделей, отражающих действительные условия работы подземных сооружений в их взаимодействии с основанием и соответствующих рассматриваемой проектной ситуации или сценарию.

9.1.3 Расчетные модели (расчетные схемы) должны учитывать инженерно-геологические условия и конструктивные особенности подземного сооружения, особенности поведения грунта и конструкций вплоть до достижения рассматриваемого предельного состояния, действующие нагрузки и воздействия, влияние на объект внешней среды, а также, при необходимости, возможные геометрические и физические несовершенства.

9.1.4 Для выполнения расчетов должны быть заданы:

- нагрузки и воздействия, а также их сочетания;

- свойства материалов конструкций;

- свойства грунтов и массивов скальных грунтов;

- геометрические данные;

- предельные величины деформаций, раскрытия трещин, вибраций и пр.;

- расчетные модели, устанавливающие связь результатов расчета с исходными данными.

9.1.5 При выборе метода расчета и расчетных моделей подземное сооружение и основание должны рассматриваться в их единстве, т.е. должно учитываться их взаимодействие.

9.1.6 Расчетная модель системы «подземное сооружение-основание» должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения. Рекомендуется учитывать пространственную работу конструкций и основания; геометрическую, физическую и конструктивную нелинейность; анизотропию, пластические и реологические свойства грунтов и материалов.

При необходимости расчетная модель может включать упрощения. Упрощения, как правило, следует вводить по отношению к учету менее существенных факторов, а также факторов, обладающих значительной степенью неопределенности. Упрощения следует учитывать с помощью частных коэффициентов надежности.

П р и м е ч а н и е – При выборе уровня сложности расчетной модели следует учитывать объем информации об инженерно-геологических условиях и свойствах грунтов. Знания инженерно-геологических условий площадки, зависящие от качества инженерных изысканий, обычно оказываются более важными для выполнения фундаментальных требований проектирования, чем сложность расчетных моделей.

9.1.7 Расчетная модель может быть:

- аналитической;

- полуэмпирической;

- численной.

Численные модели, преимущественно используемые для расчета подземных сооружений, подразделяются на контактные модели и модели сплошной среды.

Контактные модели учитывают взаимодействие конструкций сооружения с основанием на контакте «сооружение-грунт», однако напряженно-деформированное состояние массива грунта не рассматривается.

В моделях сплошной среды рассматриваются подземное сооружение и окружающий массив грунта в пределах расчетной области и анализируется их совместное напряженно-деформированное состояние.