👩‍🎤 👍🏿 📌 Lakhta Terra Incognita: la bataille pour la durabilité d'un gratte-ciel 🧘🏽 🛣️ 😞

Pour qu'un gratte-ciel grandisse, vous devez d'abord descendre. Plus le bâtiment est haut, plus la descente est profonde. Pour la construction du Centre de Lakhta, haut de 462 m, 40 km de puits ont dû être creusés, dont jusqu'à 150 mètres de profondeur. La publication d'aujourd'hui concerne le voyage au centre de la terre.

Pétersbourg, 2011 Avant le début de la construction du plus haut bâtiment d'Europe, le gratte-ciel du Lakhta Center - trois ans. Devant les constructeurs se trouve un site à Lakhta, sur l'isthme du golfe de Finlande et le déversement de Lakhtinsky. Et se tenir ici en ce moment est un peu effrayant.

Le site est une ancienne base de sable, à la frontière de la ville et de la station balnéaire.

Underfoot - quatorze hectares de sable, coupés de la baie par une bande de blocs de granit.

Dans l'air - sable, sel et humidité. Sous mes yeux - l'horizon de la mer. Au sud est Saint-Pétersbourg, au nord est Sestroretsk, rien n'est visible à l'ouest, mais il y a un chemin vers la Scandinavie: vous passerez devant Kotlin, entre Kotka et Narva, entre Helsinki et Tallinn et vous heurterez directement à Stockholm.

Mais se tenir debout et le regarder fait peur, car il n'est pas encore clair s'il est possible de construire un gratte-ciel ici, s'il y a des surprises sous terre sous forme d'abîme sous le sol porteur ou les cavités karstiques, ou une couche culturelle particulièrement riche. C'est agréable de trouver ce dernier, mais ce n'est pas dans sa propre région ...

Formations karstiques dans la région de Leningrad. Village de Rozhdestveno

Les chercheurs doivent répondre à toutes les questions. Ils s'installeront d'abord à Lakhta et y passeront trois ans. La sortie du site se fait par le plan: ce qui est souterrain, quoi et comment s'appuyer sur la tour.

Découvreurs

En 2011, de nombreux chercheurs ont travaillé à Lakhta. Sur un site plus proche de la baie, il y a un point d'observation pour les ornithologues. Ils ont réécrit la composition et les itinéraires quantitatifs et qualitatifs des «oiseaux migrateurs» - pour prévoir l'impact du développement sur le comportement des oiseaux et élaborer des recommandations pour la prévention des «accidents aériens». Les écologistes ont pris des mesures sur le bruit, la composition de l'eau et de l'air - des repères pour évaluer l'impact ultérieur de la construction et de l'exploitation d'un gratte-ciel. Les météorologues ont clarifié les données sur le microclimat - elles seront ensuite nécessaires pour les constructions de conception, les tests aérodynamiques et les mesures d'antigivrage. Archéologues ... cette fois, sans découvertes.
Aujourd'hui, nous nous intéressons aux ingénieurs de recherche - les découvreurs du sous-sol de Lakhta.

Leurs travaux couvraient l'ingénierie de terrain et de laboratoire et la recherche géologique. Puis les géotechniciens se sont connectés. Derrière eux se trouvent des calculs des conceptions des fondations du complexe. À différentes étapes, 13 entreprises ont participé, y compris des «stars» mondiales.

Les levés techniques et les calculs géotechniques ont été effectués par:
Département de la construction n ° 299, VNIIG du nom de B.E. Vedeneeva, IPF nommé d'après O.Yu.Shmidta RAS (sismique), Petrochemotechnology PI (écologie), TechnoTerra, Unik Firm CJSC (hydrométéorologie plus radon), Geostroy CJSC, Fugro LOADTEST (analyse de sol avec pieux), Centre scientifique de géomécanique et problèmes Université Minière des Mines, NIIOSP eux. N.M. Gersevanova (tests en laboratoire des sols), PCB "Inforsproekt" sous la supervision scientifique de l'académicien V.I. Travush, laboratoire de l'Université d'État de Moscou M.V. Lomonosov. Vérification des calculs et des décisions de conception - ARUP.

Sol non cultivé

Premièrement, nous traiterons de la couche culturelle, dans laquelle des pierres d'achoppement sont parfois creusées.
Le XXe siècle est le moment de l'offensive révolutionnaire de l'homme sur la nature, dont un symbole peut être considéré comme les projets de retour des rivières. Lakhti ne passe pas par l'activité économique. À partir des années 30, la tourbe a été extraite ici, les marais ont été drainés et à partir des années 60, ils ont commencé à changer complètement le littoral.

Alluvium. Sable - du fond du déversement de Lakhtinsky (Photo d'ici )

Nouvelle terre - pour de nouveaux quartiers. Dans les plans de la ville de Leningrad 1966-1986, à 2 kilomètres du centre de Lakhta, une "dominante" et un parc étaient prévus, et autour (sur le site de Lakhta-Olgino) - 20 trimestres de développement résidentiel.

Un modèle de la partie nord-ouest du quartier Primorsky, 1975. Photo tirée du livre de N. Mikhailov «Lahti: cinq siècles d'histoire»,Superviseur trimestriel ) Le

projet dominant (flèche verte) et le site de construction actuel de Lakhta Center (flèche bleue): un

écran de Google

Nous avions donc l'intention de mettre en œuvre l'idée de la «Sea Facade», faisant de Leningrad «une belle ville balnéaire, embrassant le golfe de Finlande sur un large front» (citation d'ici) )

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Ni les quartiers ni les dominants n'ont finalement été construits. Mais en 1980, ils ont commencé à construire un barrage, dont la route passait par Sestroretsk et Coltin au sud.

Photo de l' album 1 «Protection de Saint-Pétersbourg contre les inondations. Photos, événements, faits, personnes "

La curiosité historique est que le chantier de super-gratte-ciel a également contribué au méga-projet avec un barrage. Ici, le sable a été stocké et conditionné pour la construction de structures de protection. Les montagnes de sable ont atteint une hauteur de 30 mètres - sur un pied d'égalité avec les bâtiments de dix étages à travers le port de Lakhtinsky.

Bien sûr, lorsque le pied du premier prospecteur du Centre de Lakhta est arrivé ici, les «dunes» ont été enlevées. Ils ont quitté la «couche technogénique» - le sable, d'une épaisseur d'environ un mètre. Un tel fondement culturel, bien sûr, ne représente pas une valeur historique.

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Fait intéressant, avant que le sable ne soit retiré, quelqu'un a-t-il réussi à le faire:

En bas!

La recherche sur les sols peut être divisée en trois blocs: terrain, laboratoire et calculs, qui sont basés sur les résultats des deux premiers.

Comme nous l'avons dit ici , le sol est une sorte de «gâteau feuilleté». La tâche principale est de savoir à quelles marques se trouvent les différentes couches et de clarifier leurs propriétés - d'effectuer des tests sur le terrain et en laboratoire. Pour ce faire, percez des puits. La probabilité de «surprises» pendant la construction dépend directement de la profondeur et de la fréquence du forage.

En un an, plus de 200 puits ont été forés sur le site du centre de Lakhta sur une longueur totale de plus de 40 km. La grille des puits est de 20 * 20 mètres. Il s'agit de la grille la plus dense, qui n'est utilisée que dans des cas particuliers - des bâtiments uniques construits dans des conditions de sol difficiles.

Modèle de puits

Profondeur de forage - jusqu'à moins 150 mètres. Ils n’ont pas atteint la fondation cristalline - à Lakhta, cela commence à des profondeurs de moins 187 à moins 211 mètres.

Pourquoi le forage a-t-il été arrêté à moins 150 m?
Pour comprendre où s'arrêter, les SNiP aident les constructeurs. Aller au bouclier ou à la plate-forme n'est pas nécessaire. La profondeur de forage dépend de la taille de l'épaisseur compressible du sol. La semelle de la pile est prise (elle est déjà dans le projet à ce moment-là) et 20 mètres plus bas en sont comptés. Ça suffit. Les cinquièmes pieux les plus profonds sous la tour du centre de Lakhta sont à moins 82 m. Pour confirmer la structure de l'épaisseur du sol calculée par des méthodes géophysiques, deux puits ont été forés à une profondeur de moins 150 mètres.

Sol avec coquilles

Des puits sont forés pour effectuer différentes séries d'essais. Apprenez-en plus.

Tampon à vis

Il ressemble à ceci:

Schéma:

simplifié, un tampon est un piston dont le cylindre est enfoncé dans le sol. Le prospecteur mesure la profondeur du tampon et les efforts qui ont été faits pour y parvenir. Les études de timbres montrent la résistance du sol.

La conception typique convient pour travailler à des profondeurs de moins 20 m. Spécialement pour les tests de Lakhta, un «projectile à double portée» a été développé - avec un piston renforcé. Ils ont réussi à le submerger à des profondeurs de moins 40 m - malgré le fait que le «toit des gisements de Kotlin supérieur du Vendien supérieur» se trouve sur le site à une profondeur d'environ moins 20 m. Cela signifie que les argiles de consistance solide commencent à moins 20 m. Le nom de cohérence n'est pas une formalité. Avec déjà moins de 40 m, l'argile est si dure qu'il n'y a pas de pistons qui peuvent y appuyer un tampon.

Ils n'appuient pas sur cette argile dense, ils la forent - avec des exercices aussi sérieux. Ou tel - avec des couteaux rétractables pour décaper le fond du puits: les

deux forets sont empilés, et nous vous en dirons plus à leur sujet.

Moins 40 - la profondeur record des timbres et, selon les calculs des géotechniciens, la limite.

Tests pressiométriques

En dessous de moins 40 mètres, un équipement pressiométrique a été utilisé.

Le principe de son travail est le suivant. Préparez le bien à l'avance. Ensuite, une chambre élastique y est abaissée. Une pression est appliquée sur la chambre, elle augmente et appuie sur le sol, après quoi la déformation de l'épaisseur de l'impact est mesurée. Et ici, il y a un écart. La caméra appuie au sol horizontalement, et le futur bâtiment va appuyer verticalement. Il semble qu'il n'y ait pas beaucoup de différence, mais ce n'est pas le cas. Si vous revenez à l'analogie avec un gâteau de couches, cela est facile à comprendre. Appuyez dessus d'en haut - il y aura une déformation, et si sur le côté - une autre, car vous allez appuyer sur une couche spécifique: la crème se compressera d'une manière, et le biscuit d'une autre.

(Photo d'ici )

Pour obtenir des données fiables à partir de tests pressiométriques, des facteurs de correction sont introduits, et les valeurs sont vérifiées par des méthodes supplémentaires - par exemple, par sondage statique. Le reste du test est universel et adapté au travail à toutes les profondeurs. À Lakhta, il a été utilisé à des altitudes de moins 25 à moins 130,5 m.

Le résultat du test - la valeur standard du module de déformation était d'au moins 100 MPa à une profondeur de 30 m et moins.

Tournage dans le puits à environ 80 m.

Pieux d'essai

Une autre méthode sur le terrain consiste à tester le sol avec des pieux. Elle a été réalisée en utilisant la technologie Osterberg Cell (O-Cell). Pendant l'essai, le pieu est installé dans le sol, puis il est exposé à des vérins hydrauliques - il est pressé par le haut et le long des surfaces latérales. Cela montre comment la pile fonctionne dans le sol sous une charge au moins égale à ce que le bâtiment aura. L'essai est considéré comme terminé lorsque l'un des trois «participants» échoue: soit la limite de frottement de surface du pieu contre le sol est atteinte (c'est-à-dire que sa capacité portante n'est pas suffisante plus loin), soit le pieu est déformé, soit l'équipement atteint sa puissance maximale.

Il y avait 4 piles d'essai à Lakhta et le processus d'essai a duré plusieurs mois. Les ingénieurs ont patiemment attendu que la pile se relâche sous la charge croissante. En conséquence, le cric a été le premier à quitter la course.

Il a donc été révélé qu'un pieu résiste à 4,5 mille tonnes. Peut-être plus, mais il n'y a pas d'équipement à vérifier. Oui, en fait, ce n'est pas nécessaire - pour une pile sous la tour, vous devrez «seulement» 2,5 mille tonnes de poids.

Le processus de test lui-même ressemble à ceci. Un tuyau bouleversant, de cette taille: Il va

à la mine:

Là, il y a un

cadre d'armature avec capteurs et vérins: Béton:

On attend qu'il gèle. Nous appuyons sur les vérins.

Qu'avez-vous fait d'autre?

D'autres études comprennent l'échantillonnage, des tests triaxiaux utilisant la méthode VFS (Phase Composition Recovery Method), des tests de compression utilisant des méthodes de relaxation des contraintes, des méthodes non standard utilisant des relaxomètres pour calculer le compactage du sol et des calculs d'anisotropie du sol (pour calculer le coefficient de correction pour le module de déformation). Un micro-zonage sismique a été réalisé - la présence de fissures verticales et de la structure des blocs des gisements vendiens n'a pas été enregistrée.

Sucre en poudre, mélasse et sucre torréfié

Le sol gagne en densité avec la profondeur. Sous le sable «culturel», les plus faibles commencent - les dépôts glaciaires de la mer et du lac. Ils sont légers, poussiéreux, visqueux et ductiles. Imaginez un marais "dense" - et vous verrez cette couche. Elle

atteint la marque des moins 14 m. Derrière elle se trouve une moraine plus durable, d'une épaisseur de 3 à 8 mètres. Composé de débris, des galets aux rochers. La taille des "surprises" potentielles peut être représentée par la taille de la pierre de tonnerre.

Au XVIIIe siècle, le piédestal du cavalier de bronze a été fouillé dans toute la Russie, mais trouvé à Lakhta. Le poids initial est de 2 000 tonnes, dimensions - 13 m * 8 m * 6 m. Le tableau "Vue du début du traitement de la pierre de tonnerre." Artiste Jacob van de Schlei, 1770

Couche de support

À la marque de moins 18,9 m, des argiles dures avec de petites couches intermédiaires commencent. Ils descendent à moins 102,9 m. Cette épaisseur, avec une épaisseur d'environ 85 m. - Et c'est la couche de base, le but des recherches et des études. Devant son «toit» - moins de 20 mètres. Pas mal! Pas Manhattan, mais nous avons quelque chose à comparer.

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Qu'est-ce qui est sous la couche de support? En dessous de moins 102,9 m, les grès commencent. Il s'agit de roche solide, sa résistance est supérieure à celle de l'argile.

Grès - roche

Ces rivières ne coulent nulle part

Enfin - une histoire d'horreur avec exposition. Dans les médias de Saint-Pétersbourg, l'histoire suivante vagabonde:

«La ville est baignée par des rivières souterraines… près de Saint-Pétersbourg, deux énormes rivières souterraines coulent, près de 50 grandes et de nombreuses petites. Le fleuve le plus grand et le plus long passe sous le fond du golfe de Finlande. Elle tourne à Sestroretsk puis se déplace sous terre le long de la côte, traverse Pétersbourg et se rend à Vsevolozhsk ... »

Les citoyens ont peur - s'il y a un énorme fleuve près de Lakhta (il s'avère en cours de route), alors comment le construire? Vous pouvez le construire - les chercheurs n'ont trouvé ni le grand ni le petit fleuve, et ne s'y attendaient pas. Les inondations de rivières souterraines ne menacent pas non plus Pétersbourg.

La princesse Tarakanova. Capot 1864. Konstantin Flavitsky

Probablement, la base de l'histoire était les informations particulièrement bien comprises sur les paléo-vallées enfouies - c'est-à-dire les lits des anciennes rivières qui se sont déversées dans le golfe de Finlande lors de la fonte des glaciers après la fin de la Grande Glaciation. Maintenant, il n'y a plus de cours d'eau en eux.

Paleodolina. Saint-Pétersbourg est beaucoup plus petite et - sous l'épaisseur du sol.

Au nord de Saint-Pétersbourg, le canal enterré est un objet géologique complexe, large de 1,5 à 2 km et long de 25 km, avec une section hétérogène et, en raison de la friabilité des roches, un niveau élevé d'eau souterraine - ce qui ne peut guère surprendre les constructeurs de Saint-Pétersbourg depuis Petra. Sera pris en compte, mais pas peur.

Régime de paléodolines. Les données du FSUE «Mineral» de l'article de T.N. Nikolaeva, L.P. Burrow «Ingénierie et conditions géologiques de construction dans la région de la paléo-vallée au nord-ouest de Saint-Pétersbourg»

Le site du centre de Lakhta (flèche rouge) de la paléo-vallée contourne complètement, bien qu'il soit relativement proche.

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La dépendance à une couche d'argile dure a ses propres tactiques. Il prend en compte qu'un gratte-ciel pesant 600 mille tonnes s'appuiera sur le sol avec une petite surface: chacune des 3 dalles de fondation au total - 5700 m². La plupart des charges verticales sont perçues par le noyau, dont l'aire à la base est d'environ 500 mètres carrés. m. Comment redistribuer les charges depuis le centre du bâtiment et maximiser l'utilisation de la capacité portante du sol? Lisez à ce sujet dans les articles suivants.

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Consultants:

V.M. Lukin - chef de projet pour les structures en béton armé "Lakhta Center", Ph.D .; R.V. Inamov - Spécialiste en chef du design du Lakhta Center, Ph.D.

Lakhta Terra Incognita: la bataille pour la durabilité d'un gratte-ciel