2.12. Способи будівництва підземних споруд

Найбільш розповсюджений спосіб – традиційний відкритий. Котлован відривають, у ньому споруджують запроектовану конструкцію, а після захисту її стін (гідроізоляція та ін.) пазухи засипають, пошарово ущільнюючи ґрунт. Такий спосіб раціональний в сухих ґрунтах на глибину до 15 м. Але в складних гідрогеологічних умовах, особливо при глибокому закладанні підземних споруд, традиційний метод стає економічно невигідним, а інколи технічно неможливим. У кожному конкретному випадку розробляють детальну технологію виконання таких робіт і з порівнюваних варіантів вибирають найбільш ефективний за найважливішими техніко-економічними показниками.

Один з добре технологічно відпрацьованих методів будівництва підземних споруд – «стіна в ґрунті» (рис. 2.12). Його суть: по периметру майбутньої споруди (як правило, це її фундамент або тільки захисна стіна) споруджують запроектовану «стіну в ґрунті». Траншею потрібної ширини відривають на повну глибину по всьому периметру або окремими ділянками довжиною 3…6 м. У нестійких ґрунтах для попередження обвалення стінок використовують суспензію бентонітової глини або рідше – обсадні елементи. Траншею можуть виконувати суцільно грейфером, а можуть спочатку пробурювати свердловини, а після їх бетонування розробляти ґрунт між ними.

«Стіну в ґрунті» можуть виконувати із суцільного ряду буронабивних палей. «Стіну в ґрунті» влаштовують на всю товщу (глибину) нестійкого ґрунту, щоб установити її на шар щільного ґрунту (граніт, дресва і т. ін). У підготовленій траншеї стіну влаштовують монолітну або із збірних елементів з наступним омонолічуванням тільки стиків. У стійких сухих ґрунтах застосовують сухий спосіб монтажу та бетонування, а в насичених водою ґрунтах використовують суспензії бентонітової глини. Після влаштування стіни в траншеї та затвердіння бетону під її захистом розробляють ґрунт всередині грейферами або іншими машинами та виконують інші роботи. У разі необхідності здійснюють заходи для захисту від ґрунтових вод.

Р ис. 2.12. Схеми розміщення обладнання (а) і виконання робіт при улаштуванні споруди способом "стіна в грунті" (б): 1 – забетонований участок стіни; 2 – кран; 3 – насос для перекачування пульпи; 4 – місткість для пульпи; 5 – змішувач для приготування пульпи; 6 – центробіжний насос; 7 – цебри; 8 – оснащення для заповнення траншеї бетоном; 9 – обмежувальний шаблон; 10 – розчинопровід; 11 – ситогідроциклонна установка; 12 – повітропровідний шланг; 13 – компресори; 14 – гусеничний кран з навісним агрегатом для розробки траншеї; 15 – пульповідвідний шланг; 16 – трос; 17 – направляючий шаблон; 18 – рама; 19 – лебідка для підйому стріли; 20 – вантажна лебідка; 21 – електробур; 22 – інструмент для руйнування породи; 23 – пульпа (глиниста суспензія)

Опускний спосіб (рис. 2.13) застосовують при значній глибині та відносно невеликій площі, особливо у водонасичених ґрунтах. Котлован виривають на глибину 1…1,5 м, у ньому по периметру монтують або влаштовують з монолітного залізобетону перший ярус споруди. У нижній частині обов'язково кінець загострений, по зовнішній частині – уширення, яке забезпечує утворення порожнини між стінками споруди та котловану для зменшення тертя між ними.

Після влаштування першого ярусу всередині розробляють і виймають ґрунт. Сухий ґрунт розробляють екскаватором з вантаженням у цебра та транспортуванням кранами. Біля стінки ґрунт розробляють вручну. Водонасичені ґрунти розробляють гідромеханічним способом або грейфером. Дуже важливо рівномірно поступово розробляти ґрунт по периметру біля стінок, щоб забезпечити рівномірне опускання. У міру опускання першого ярусу поступово на поверхні нарощують наступні, які навантажують споруду та дають їй змогу заглиблюватися. Треба, щоб маса споруди перевищувала сумарні сили бокового тертя на 20…30 %. Масу можуть збільшувати додатковим довантаженням або зменшуванням тертя за рахунок вібрації та влаштування тіксотропного шару між стінками котловану та споруди, наприклад, суспензією глини. Дуже важливо забезпечити рiвномірне поступове опускання без вертикальних перекосів, які дуже важко вирівнювати, а значні – неможливо. Тому потрібен дуже пильний геодезичний контроль за вертикальністю опускання. Він виконується нівеліром, який знаходиться на поверхні, по вибраних точках.

Рис. 2.13. Схема улаштування опускних колодязів із монолітного (а) і збірного (б) залізобетону: 1 – залізобетонні стіни колодязя з ножем; 2 ‑ екскаватор; 3 – цебро для грунту; 4 – опалубка; 5 – кран; 6 – піонерний котлован; 7 – бульдозер; 8 – виїзна траншея; 9 – відвали грунту; 10 – самоскиди; 11 – екскаватори на завантаженні грунту; 12 – стінова панель з ножем; 13 – змонтовані панелі колодязя; 14 – кондуктор; 15 – підмостки; 16 – центральна стійка кондуктора; 17 – напрямок улаштування панелей

Після заглиблення на проектну глибину бетонують дно, ізолюють від ґрунтових вод і продовжують подальші роботи. У разі значного обводнення ґрунту може застосовуватися кесон для недопущення води в забій. Але цей метод ускладнює технологію, тому частіше по можливості ведуть підводну розробку ґрунту, а після бетонування днища воду відкачують. Улаштування кесона потребує додаткових значних матеріальних витрат і заходів для забезпечення безпеки виконання робіт.