Внутригородское муниципальное образование Санкт-Петербурга муниципального округа Лахта-Ольгино
Официальный портал

197229, Санкт-Петербург, поселок Ольгино, Советская ул., д. 2

Тел./факс: 498-33-24, 498-33-27

Лахта центр | О великой силе трения в небоскребостроении

Более 600 тысяч тонн - никто в мире на таком небольшом участке земли, где строится башня «Лахта центра», подобную нагрузку еще не размещал. Держать небоскреб помогают сваи. Эти сваи – удивительные -  висячие.

Силу трения начинают изучать в курсе физики седьмого класса. Сила трения обладает великой властью, она с нами - повсеместно. В прямом смысле этого слова. Благодаря ей происходит сцепление колеса с дорогой, подошвы обуви - с асфальтом. Она помогает вращаться самым разным механизмам. Она держит нашу одежду, гвозди и шурупы в стенах, помогает зажечь спичку. Благодаря ей метеоры сгорают в атмосфере, а не падают на землю. Уменьшая силу трения, мы можем кататься на коньках и лыжах, и легко разрезаем продукты хорошо наточенным ножом. 

Строители нашли еще одно применение силе трения. Они научили её держать здания, даже небоскребы.

Скальный грунт в Нью-Йорке, альма-матер мирового небоскребостроения, расположен неглубоко. Это очень облегчает процессы проектирования и возведения даже самых высоких зданий. Достаточно подготовить стройплощадку — и и прямо на это естественное основание можно поставить фундамент в виде мощной армированной бетонной плиты.

В основном же небоскребы стоят на сваях. Первые высотки пытались строить на деревянных сваях, но древесина стремительно гнила.  

Сегодня применяют сваи железобетонные, бетонные, стальные и комбинированные. Их по-разному изготавливают и доставляют на «место работы» - в грунт: забивают, погружают в заранее подготовленную шахту готовыми, изготавливают прямо в грунте.  В зависимости оттого, как работает свая, ее относят к одному из двух видов - сваи-стойки или висячие сваи. 

Висячие сваи

Висячие сваи - это сваи, которые держат нагрузку за счет сил трения грунта о боковую поверхность. Пята – оконечность сваи, тоже работает, но в меньшей степени. У сваи-стойки баланс обратный – основная несущая способность обеспечена работой пяты. Классическая среда работы сваи-стойки – скальный грунт.

У висячей сваи отсутствие скалы под пятой компенсируется длиной.  Боковое трение оно оказывает достаточное сопротивление давлению от здания. Например, у конусной висячей винтовой сваи боковая поверхность принимает на себя 60-70 % нагрузки.

Висячие сваи применяют в недостаточно крепких грунтах. То есть, повсеместно, где нет скальной опоры.  Для надежности используются следующие технологии:

  • Увеличение диаметра свай, а в некоторых случаях и длины
  • Увеличение «кустистости» опор на единицу площади фундамента здания
  • Расширение пяты изделия. В этом случае увеличивается площадь трения на конце сваи. Это - для случаев, когда нужно активнее включать пяту в работу.
  • Применения разрядно-импульсной технологии.

Сущность разрядно-импульсной технологии заключается в том, что скважина, заполненная мелкозернистым бетоном или цементным раствором, обрабатывается серией высоковольтных электрических разрядов. Возникает цементация – формируется тело сваи. Ток улучшает улучшают свойства бетона: прочность, плотность, водонепроницаемость, стойкость бетона к воздействию агрессивных сред. Окружающие грунты уплотняются. Изготовленные по этой технологии сваи получили сокращенное наименование - сваи РИТ.

 
Фундамент Burj Khalifa держится за песок

Сложно представить, но на месте Аравийской пустыни некогда плескался древний океан. Позже он отступил. То, что мы сейчас видим сформировано его донными отложениями.

Основа поверхностных слоев грунта – песок, ниже можно найти относительно твердые породы типа известняка. «Ниже» в данном случае – это очень глубоко: даже на отметке минус 50 грунты податливые, слабоцементированные. Качество грунтовых пород – первый вызов для всех создателей аравийских замков на песке – от Эдриана Смита до Дэвида Фишера. 

Фундамент самого известного аравийского чуда, 828-метровой башни Burj Khalifa, спроектирован как свайно-плитный. Плита толщиной 3,7 м в плане напоминает трилистник. Конструкция опирается на 192 буронабивные сваи диаметром 1,5 м и длиной 43 м. Опора под пятой свай отсутствует. Все конструкции - висячие, воспринимают нагрузку через трение боковых поверхностей о грунт. Этого достаточно, чтобы держать самое высокое сооружение на планете.

 

Jeddah Tower

На песчаном Аравийском полуострове строится еще один будущий чемпион по высоте – небоскреб Jeddah Tower (ранее назывался Kingdom Tower). Заявленная высота -  1007 м. Проект также принадлежит чикагцу Эдриану Смиту. Первоначальная задумка - сделать высотой в милю (1609 м), но геологи сказали решительное «нет» — грунт не выдержит. Башню пришлось укоротить. Сваи фундамента вбиты в песок на глубину 100 метров.

Petronas Towers

Интересную инженерную задачу пришлось решать при строительстве куала-лумпурских башен-близнецов Петронас.

Под местом их будущего фундамента присутствовал твердый скальный грунт, но, в виде крутого склона и только под одной из башен. Уклон можно было компенсировать длиной свай – на высоких отметках склона сделать их короче. Но расчеты показали, что под нагрузкой более длинные сваи со временем сожмутся и их длина сократится. А это неизбежно означает крен всего здания.  В итоге строительство перенесли на мягкие породы известняка. Сегодня самые высокие в мире «близнецы» прочно стоят на висячих 120-метровых сваях.

Burj Al Arab

Команда молодых английских специалистов во главе с архитектором Tom Wright создали отель-парус в открытом море. 

На расстоянии 280 метров в Персидском заливе был создан искусственный остров - из огромных камней, которые сверху покрыты пустотелыми бетонными блоками, помогающими противостоять сильным волнам. Остров возвышается из воды на 7,5 метров.

В песок было вбито 250 бетонных колонн общей протяженностью более 10 км, которые являются основанием здания и удерживаются только силой поверхностного трения. Даже на огромной глубине в 200 метров строители не нашли твердой почвы, куда можно было бы забить сваи. Поэтому выходом из сложившейся ситуации стало использование силы поверхностного трения. 

Сегодня Burj Al Arab - визитная карточка, своеобразный символ и верх роскоши Дубая. Высота 321 метр.

Лахта центр

С точки зрения геотехники сейчас несложно построить небоскреб на любом грунте – и на песке, и в воде, и на болоте. Говорят, весь Петербург стоит на болоте, хотя специалисты с этим не согласны. Например, под «Лахта центром» грунтовое основание представлено вендскими суглинками полутвердой и твердой консистенции.

Можно было бы докопаться и до скального грунта в Лахте, но тогда понадобились бы сваи беспрецедентной длины.

По сваям «Лахта центр» установил другой рекорд: применены самые широкие в мире сваи – их диаметр 2 метра.

Заказывали спецоборудование, потому что вся существующая техника для изготовления буронабивных свай ограничивается шириной в 1,85 м.

- Под башней - 264 сваи, которые ни на что не опираются – они висячие, - говорит Александр Артурович БОБКОВ, исполнительный директор «Лахта центра». - Все наши сваи держат громаднейшее здание весом более 600 тысяч тонн боковыми поверхностями – силой трения.  .

Сделать большее количество свай инженеры-конструкторы запретили по двум причинам: ограниченная площадь участка под башню, а также нельзя разуплотнять грунт - сваям не за что было бы держаться.  Минимальное расстояние между сваями - 3 метра.

Александр Бобков о технологии изготовления свай:  

-Мы должны сначала выбурить грунт – это изготовление шахты, так делают все шахты в метро. За каждую подобную метрополитеновскую шахту людям дают премию регионального масштаба, если она произошла без аварии и в срок. У нас – 264 шахты. Глубина – более 80 метров.

Чтобы все это не осыпалось, сразу за буром опускается обсадная двухметровая труба, которая фактически формирует стенку. Следует признаться, что опустить трубу так, чтобы не обвалится грунт, потому что это происходит практически одномоментно, тоже нелегко. Есть отдельная технология – вместе с буром добавляется в грунт специальный материал, который делает «пломбу». Грунт пломбируется, чтобы он хоть немножечко постоял, пока не опустится обсадная труба.  Так формируется пространство для будущей сваи. После этого всё обследуется, опускаются камеры, снимается и фотографируется, смотрится, есть ли течь. Вода не должна быть никак и нигде! Потому что впоследствии будет бетон, а если добавится вода – упадет прочность, и свая будет бракованная. А извлечь её невозможно.

Этот процесс повторяли 264 раза.

Изготовить сваю длиной 82 метра невозможно. Такой элемент ни перевезти, ни доставить. Соответственно, свая состоит из 7 или 6 отдельных секций, представляющих собой очень плотную арматуру высотой 11 м, которая опускается по очереди в эту приготовленную шахту. В этой армосетке, помимо самой арматуры, делаются специальные микрошахточки, в которые опускаются датчики, которые будут следить за жизнью сваи в последующем. Также туда опускаются зонты для проведения ультразвукового исследования. Дальше начинается подача бетона. Идет постоянное наблюдение, чтобы не образовалось там воздуха, чтобы нигде ничего ушло, не было расслоений и т.д. Причем, любая остановка, любая поломка, любой сбой приведет к трещине, поскольку будет два разных процесса бетонирования.  

Формула расчета

Архитектура многое «списывает» у природы. Фундамент – это своего рода корневая система здания. Подземная часть любого растения, как правило, в разы больше той, что на виду. Например, общая длина корней тыквы около 25 км, у пшеницы – 71, у овса – 87, чемпион – дикий фикус из Южной Африки с 619 километрами. С точки зрения выживания и питания   такая структура организма оптимальна. 

Суммарная длина всех «свай-корней», что держат небоскреб – более двадцати километров.

Для интересующихся приводим формулу расчета несущей способности висячей сваи:

 P =km (RнF + u∑f ⁿili).

  • k – коэффициент однородности грунта
  • F - площадь упора сваи, принимается по площади ее поперечного сечения (кв.м)
  • – сопротивление нижележащего грунта (т/кв.м)
  • m – коэфф. условий работы
  • li – толщина слоя грунта по бокам сваи (м)
  • f ⁿi – его нормативное сопротивление (т/кв.м)
  • u – периметр сечения сваи (м)

---

В материале использованы фото с сайтов:

http://lakhta.center/ru

http://samsebeskazal.livejournal.com/359130.html

http://forum.skyscraperpage.com/archive/index.php/t-135116-p-7.html

http://www.doklad-na-temu.ru

http://www.exatour.ru/news/interesno/chudesa-v-aravijskoj-pustyne/

https://forum.eduzones.com/topic/115073

https://www.jumeirah.com/en/destinations/united-arab-emirates-dubai/burj-al-arab-jumeirah/burj-al-arab-terrace/

Разделы

О проекте Новости о Лахта Центре Встречи с жителями Лахта-Ольгино Общественные слушания Вопросы и ответы Экология СМИ о проекте

Поиск по сайту

Интерактивная карта поселка

Погода