Как рассчитать предварительную зону влияния

Любое заглубление рядом с существующей застройкой меняет напряжённо-деформированное состояние грунта: выемка разгружает основание, ограждение котлована смещается, новое сооружение догружает массив. Поэтому на застроенной территории СП 22.13330.2016 требует геотехнический прогноз — расчёт того, как стройка повлияет на основания соседних зданий (п. 9.33).

Но прогноз — это численная модель, а чтобы её собрать, нужно заранее знать, какие здания в неё включать. Перечень зданий зависит от размера зоны влияния — а размер как раз и должен определить прогноз. Получается замкнутый круг.

Предварительная зона его разрывает. Это грубая, заведомо «с запасом» прикидка границы — не расчётом, а по простым правилам из таблицы норм. Она нужна ровно для одного: очертить круг, в котором надо обследовать существующие здания и для которых затем выполняется полноценный МКЭ-прогноз (п. 9.35). Дальше показываем, как её определить — для котлована, коммуникаций и метро.

Для котлована предварительная зона считается простым правилом — глубина котлована, умноженная на кратность, которая зависит от того, как закреплены стены:

r_зв = k · H_к

где:

• H_к — глубина котлована;
• k — кратность от 2 до 5 (см. ниже).

Логика градации прозрачна: чем жёстче ограждение и схема крепления, тем меньше стена смещается в сторону котлована и тем компактнее мульда осадок за её пределами. Кратность берут по п. 9.36 СП 22.13330.2016:

• 5H_к — ограждение с креплением анкерами, но не более 2L, где L — суммарная длина горизонтальной проекции тела анкера и его тяги. Скважины под анкеры возмущают грунт далеко за ограждением.
• 4H_к — ограждение из стальных элементов (трубы, двутавры) с консольным креплением или со стальными распорками либо подкосами, а также котлован в естественных откосах (тогда зону отсчитывают от нижней границы откоса).
• 3H_к — монолитная или сборно-монолитная железобетонная конструкция («стена в грунте», буронабивные секущиеся сваи) с консольным креплением, распорками или подкосами, а также стальное ограждение при экскавации под защитой монолитных перекрытий.
• 2H_к — железобетонное ограждение при экскавации под защитой монолитных перекрытий (технологии top-down и semi-top-down) — самая жёсткая схема, самая компактная зона.

Радиус откладывают от границ котлована — не от пятна застройки и не от оси сооружения. Всё, что попало внутрь радиуса, входит в предварительную зону. На этом прикидка закончена: дальше работают уже с конкретным перечнем зданий.

Базовую кратность корректируют несколько частных случаев — их легко упустить.

• Короткие анкеры. Зона 5H_к действует с оговоркой «но не более 2L»: если анкеры короткие, граница по 2L оказывается ближе, чем 5H_к. Без этой поправки перечень обследуемых зданий неоправданно расширяется.
• Реконструкция. У реконструкции своё правило (примечание 2 к п. 9.36): зона — две глубины заложения фундаментов от существующего рельефа без надстройки здания и три глубины — при надстройке. Брать для неё кратности котлована — ошибка.
• Водопонижение. Радиус влияния строительного водопонижения может превышать величины п. 9.36 (п. 11.4): осадки развиваются по всей площади депрессионной воронки, а она расходится заметно дальше стен котлована.
• Специфические грунты. В сложных грунтовых условиях величину предварительной зоны допускается уточнять по местному опыту проектирования (примечание 1 к п. 9.36).

Для прокладки подземных коммуникаций кратности конкретизирует СП 249.1325800.2016. Примечание 1 к п. 6.4.6 допускает принимать размер предварительной зоны равным:

• 1,5H_to — при проходке закрытых выработок, где H_to — глубина заложения оси выработки;
• 2H_s и 3H_s — при локальных открытых выработках (котлованах, шахтных стволах) с железобетонным или стальным ограждением соответственно (к стальным приравнены и выработки с откосами); H_s — глубина заложения низа выработки;
• 3H_s и 4H_s — при протяжённых открытых выработках (траншеях) с железобетонным или стальным (деревянным, с откосами) ограждением соответственно.

Для траншеи зона на шаг больше, чем для локального котлована той же глубины: протяжённая выработка работает в условиях плоской деформации и формирует более широкую мульду. Размер отсчитывают от границ выработки и, как и по СП 22.13330.2016, допускается ограничивать расстоянием, где расчётная дополнительная осадка не превышает 1 мм — кроме предаварийных и аварийных зданий на границе (примечание 2 к п. 6.4.6).

Свои правила есть и у метрополитенов — их задаёт п. 5.18.3.3 СП 120.13330.2022. Сооружения открытого или полузакрытого способа считают по СП 22.13330.2016; для закрытого способа — независимо от метода проходки — зону принимают равной двум глубинам заложения оси тоннеля (по одной в каждую сторону от оси), а для вертикальных стволов — пяти диаметрам ствола.

Попадание здания в предварительную зону запускает последовательность п. 9.35. Сначала — техническое обследование с установлением категории технического состояния по приложению Д: от категории зависят предельные дополнительные деформации, с которыми потом сравнивают результат прогноза (условие п. 9.37).

Затем выполняется сам прогноз — как правило, МКЭ-модель со стадийностью экскавации и крепления. Окончательную границу зоны проводят там, где расчётная дополнительная осадка грунта или основания здания не превышает 1 мм; исключение — здания аварийной категории IV на границе (примечание 2 к п. 9.34). Внутри выделяют зону интенсивных деформаций — где перемещения в массиве превышают 10 мм; для зданий в ней обследование строже: вскрытие фундаментов не менее чем в двух шурфах, конструктивная схема, фиксация дефектов (примечание 2 к п. 9.35).

Если прогноз показал зону шире предварительной и в неё попали новые здания, их тоже обследуют и включают в расчёт (примечание 1 к п. 9.35). Поэтому предварительную зону и назначают с запасом — чтобы не пропустить здание на старте.

Единственный случай, когда геотехнический прогноз и зону влияния допускается не назначать (примечание 3 к п. 9.35), — это проектируемые подземные коммуникации при одновременном выполнении трёх условий:

1. прокладка в котловане или траншее глубиной не более 3 м;
2. расстояние до существующих зданий — более 2H_к;
3. уровень подземных вод — ниже 3 м от поверхности.

Тогда же допускается не проводить и обследование зданий. Для любого другого строительства на застроенной территории прогноз обязателен — предварительная зона лишь определяет его охват, но не отменяет его. И главное, что стоит помнить: предварительная зона не равна окончательной. Кратности из таблицы дают только перечень зданий для обследования; реальную границу влияния показывает лишь расчёт зоны влияния (пп. 9.33–9.34).