8 - 2021

Arup Singapore использует метод 3D-моделирования геологии при проектировании фундамента самой высокой башни в Сингапуре

С помощью приложений Bentley Systems проектной команде удалось сэкономить средства и избежать использования нескольких программных платформ.

Разнородный грунт — проблема для строительства фундаментов

Arup Singapore Pte. Ltd является местным филиалом Arup Group Ltd — лондонской компании, предоставляющей услуги по проектированию, архитектуре, разработке, планированию, управлению проектами и консалтингу по всему миру. Реализованные проекты компании представлены в 143 странах. Компания GuocoLand (Singapore) Pte. Ltd заключила контракт с Arup Singapore на оказание услуг по проектированию и строительству самой высокой башни в стране.

 Bentley Systems  Bentley Systems

Изображение предоставлено SOM и GuocoLand

Башня Guoco Tower стоимостью 3,2 млрд сингапурских долларов, ранее известная как проект смешанной застройки Танджонг Пагар, представляет собой 64­этажное здание высотой 290 м с офисными и жилыми помещениями, гостиничным блоком средней этажности, шестиэтажным подиумом для использования в коммерческих целях и трехэтажной нежилой подземной частью глубиной 18 м, с паркингом и прямым выходом к станции Сингапурского метрополитена. Несмотря на масштаб и сложность проекта, строительство планировалось в центре оживленного делового района Сингапура.

По материалам инженерно­геологических изысканий было ясно, что грунты, залегающие в районе строительства башни, будут представлять серьезную проблему. На участке возведения фундамента присутствует доломит, известняк, аргиллит, песчаник и сланец. Для такого грунта характерна высокая проницаемость и изменчивость свойств. Значительный объем земляных работ при выемке грунта для возведения подземной части башни и фундамента создает риск деформации уже построенных зданий и сооружений на прилегающей территории.

В связи с этим регулирующие органы местной власти Сингапура установили строгие критерии к величине смещений уже существующих зданий, вызванных строительством башни Guoco Tower. Смещение конструкций пассажирской станции Сингапурского метрополитена, функционирование которого будет продолжаться на протяжении всего строительства башни, не должно превышать 15 мм в любом направлении. Кроме того, смещение ряда магазинов, находящихся всего в 20 м от объекта, не должно превышать 25 мм. «Этим магазинам по сотне лет, и они признаны культурными объектами Сингапура», — заявляет Эи Сандар Аунг Вин (Ei Sandar Aung Win), старший инженер­геотехник компании Arup Singapore.

Глубокая выемка грунта с помощью gINT

Arup Singapore определила, что проект потребует детального анализа состояния геологических слоев, выполненного с использованием надежных геотехнических решений. Именно они сыграют ключевую роль в устранении последствий выемки грунта для более старых конструкций. Более того, команда должна была выполнить все эти работы в сжатые сроки. Чтобы решить эту проблему, Arup Singapore для управления данными всего проекта использовала геотехническое и геоэкологическое программное обеспечение gINT компании Bentley. С помощью gINT были исследованы сложные осадочные отложения, что позволило получить полную информацию о состоянии и свойствах грунтов, залегающих в месте будущего фундамента башни. Это программное обеспечение позволило инженерам точно определить, какие специальные тесты необходимы для каждой секции, а руководители команд смогли с легкостью представить результаты своих исследований всем участникам. Всего за одну неделю после завершения инженерно­геологических изысканий команда смогла подготовить полный детальный геотехнический отчет, в котором была произведена оценка всех свойств грунта и рисков, связанных с ним на любом заданном участке строительства.

Изображения предоставлены SOM и GuocoLand

Изображения предоставлены SOM и GuocoLand

Изображения предоставлены SOM и GuocoLand

Исследование, проведенное с помощью gINT, показало, что геологические слои на строительной площадке находятся в достаточно хорошем состоянии для возведения фундамента. Тем не менее анализ продемонстрировал, что для 290­метровой башни потребуется фундамент глубокого заложения. Это необходимо для того, чтобы не произошло непредвиденных деформаций и разрушений близлежащей станции Сингапурского метрополитена. В идеале фундамент должен минимизировать смещения строительных конструкций станции, но при этом оставаться достаточно гибким, обеспечивая устойчивость башни при строительстве и дальнейшей эксплуатации. Arup Singapore выбрала конструкцию, сочетающую в себе плиту и многочисленные погруженные в землю сваи. «Сваи могут быть дополнительно усовершенствованы при взаимодействии с плитой. Оседание башни при этом поддерживается в приемлемом диапазоне», — отметил Сандар Аунг Вин.

На этапе строительства подрядчик предложил последовательный процесс выемки грунта, который разделил бы участок на подзоны (две для станции Сингапурского метрополитена и по одной для башни и отеля), что позволило бы надлежащим образом контролировать прогибы подпорной стены и увеличить скорость выполнения строительных работ. Однако такая ситуация могла оказать существенное влияние на первоначальный прогноз смещения грунта.

Краткое описание проекта

Организация

Arup Singapore Pte. Ltd.

Местоположение

Танджонг Пагар, Сингапур.

Цели проекта

  • Выполнение инженерно­геотехнических изысканий для реализации проекта, включающего самую высокую башню Сингапура.
  • Минимизация воздействия подземных работ на существующие конструкции.
  • Успешное использование метода наблюдения в строительстве зданий и наглядное представление сложного моделирования в сочетании с мониторингом в режиме реального времени для проведения расширенного анализа.

Список ПО, использованного в проекте

gINT®, MicroStation®, PLAXIS®.

Основные факты

  • С целью подготовки детального геотехнического отчета Arup Singapore использовала gINT для управления геотехническими данными всего проекта и изучения сложных осадочных отложений.
  • Включив в PLAXIS данные из gINT и наземных датчиков, команда смогла создать геологическую модель и усовершенствовала проектирование конструкций.
  • Проектная команда выбрала плитно­свайный фундамент и использовала 3D­моделирование для прогнозирования производительности отдельных свай.

Рентабельность инвестиций

  • Геотехнические исследования, проведенные с помощью gINT, позволили удерживать смещение грунта на близлежащих конструкциях ниже пределов, установленных властями.
  • С помощью PLAXIS удалось оптимизировать опорные конструкции и снизить нагрузку на буронабивные сваи на 30­35%.
  • Использование PLAXIS в качестве единого решения для определения реакции грунта и конструкций позволило сэкономить время и избежать необходимости в дополнительном программном обеспечении.

Точный прогноз поведения грунта — ключ к эффективному проектированию

Для создания геологической модели и уточнения первоначального проекта специалисты компании Arup Singapore, используя полученные из программы gINT данные и фактические результаты геодезического мониторинга, с помощью функции PLAXIS 2D SoilTest определили точную нагрузку на грунт и его смещение. PLAXIS 3D позволила проектной команде зафиксировать сложное взаимодействие между предлагаемым плитно­свайным фундаментом, поэтапной выемкой грунта и существующими конструкциями зданий и станции метрополитена. Компания Arup Singapore дополнила общую модель фундамента независимыми 3D­моделями, которые будут калиброваться с помощью данных нагрузочных (штамповых) испытаний на строительной площадке. Таким способом они будут моделировать производительность отдельных свай. Посредством итерационных возможностей, заложенных в PLAXIS 3D, Arup Singapore смогла заранее рассчитать, как именно будет происходить оседание башни с течением времени. Это удалось сделать путем вычисления точных характеристик грунта и созданной модели фундамента.

3D-модели башни Guoco Tower

3D-модели башни Guoco Tower

Используя PLAXIS в качестве универсального решения для определения воздействия грунта на конструкции станции метрополитена и деформации зданий, находящихся вблизи строительной площадки, Arup Singapore сэкономила средства и устранила необходимость в применении многочисленных программных платформ. Применение PLAXIS позволило исключить необходимость работ по стабилизации грунта, рассчитав зоны деформации прилегающей территории, вызванные выемкой грунта. Рассчитать такие прогностические данные с помощью стандартного анализа не представлялось возможным. Эти результаты ускорили процесс предоставления документации и исключили необходимость в работах по стабилизации грунта и оценке воздействия проекта на окружающую среду.

Расчеты в PLAXIS для выемки грунта под фундамент

Расчеты в PLAXIS для выемки грунта под фундамент

Работа в PLAXIS также помогла проектной команде оптимизировать процесс выемки грунта и проектирования фундамента. После начала работ подрядчик попросил, чтобы Arup Singapore не включала в работы запланированную берму и некоторые наклонные угловые распорки из­за ограничений строительной площадки. Для выполнения этого требования проектная команда проанализировала производительность на строительной площадке и сравнила ее с моделью в PLAXIS, определив, что проект может работать без этих элементов, и другие меры по стабилизации не потребуются.

Встроенные датчики для поддержания движения грунта значительно ниже установленных пределов

Во время и после строительства Arup Singapore осуществляла оценку грунта с помощью специальных инструментов, таких как плоские ячейки, пьезометры и тензометрические датчики, установленные под фундаментной плитой. Результаты измерений показали, что смещение стен станции Сингапурского метрополитена, находящихся всего в 6 м от места работ по выемке грунта, не превысило 10 мм. Кроме того, осадка грунта на прилегающем к строительной площадке участке составила всего 20 мм. Этот показатель был гораздо ниже критериев, установленных уполномоченными органами. Разработанная в PLAXIS 3D­модель плитно­свайного фундамента позволила облегчить проникновение свай и снизить нагрузку на буронабивные сваи на 30­35%. Кроме того, модель обеспечила Arup Singapore возможность оптимизировать толщину плиты для каждой зоны нагрузки, учитывая неоднородный характер конструкции — как наземной, так и подземной.

Строительство комплекса Guoco Tower было завершено в 2016 году, и башня стала одним из знаковых сооружений в Сингапуре. Работа над этим проектом продемонстрировала, как геотехнические приложения и другие передовые технологии могут стимулировать инженерные инновации. Ожидается, что аналитическая и проектная работа компании Arup Singapore послужит ориентиром для подобных проектов в будущем. 

Регистрация | Войти