14.2. Земляные работы и крепление котлованов
К земляным работам относятся рытье разведывательных траншей, планировочные работы, разработка котлованов, рытье водоотводных канав и засыпка котлованов.
Ширина дна котлованов зависит от ширины возводимой конструкции и ее материала (сборный или монолитный железобетон), наличия и вида крепления котлована, а также используемых средств водопонижения.
При сборных конструкциях гидроизоляцию стен выполняют с наружной стороны, поэтому между стенами конструкции и креплением котлована должно оставаться рабочее пространство. При расположении водопонижающих систем вне котлована это рабочее пространство составляет 1,2 м, а при креплении иглофильтров к сваям крепления – 1,5 м.
Для котлованов с откосами расстояние между подошвой откоса и стеной сооружения при отсутствии канав открытого водоотлива или дренирующих устройств принимают равным 0,5 м.
В нескальных грунтах естественной влажности или осушенных водопонижением наибольшее распространение получил способ крепления котлованов забивными металлическими сваями и распорными элементами – расстрелами (рис. 14.1). Расстрелы удерживают сваи, упираясь в них через продольные пояса. В зависимости от глубины котлована расстрелы располагают по высоте в один или два, редко в три яруса.
В качестве свай используют обычно двутавровые балки. Расстояние между сваями в продольном направлении принимают обычно в пределах от 1,1 до 1,5 м в зависимости от давления грунта.
Наличие расстрелов в котловане затрудняет работу землеройных машин и осложняет монтаж конструкций. Поэтому стараются применять такую конструкцию крепления котлована, при которой можно было бы допустить наибольшее расстояние между расстрелами в плане. Для этого устраивают мощные пояса из двух двутавровых балок такого же сечения, как и сваи. Балки укладывают плашмя одна на другую, приваривая их полки к полкам свай. В качестве расстрелов используют стальные трубы диаметром до 630 мм.
Большее распространение получает система крепления из забивных свай с растяжками и анкерами, заделанными в грунт (рис. 14.2). Растяжки из стальных стержней вводят в наклонные скважины, пробуриваемые за пределы призмы обрушения грунта. Их концы заанкеривают в грунте нагнетанием цементно-песчаного раствора.
При производстве работ в непосредственной близости от жилых и производственных зданий, культурно-исторических памятников и ответственных сооружений, где забивка свай недопустима, используют буронабивные сваи. В скальных грунтах, допускающих крутые откосы, разработку котлованов ведут без крепления.
Рис. 14.1 Крепление котлована: 1 – свая; 2 – пояс; 3 – расстрел; 4 – временные пояса; 5 – ограждение котлована; 6 – глиняная обваловка; 7 – деревянная распорка; 8 – засыпка пазухи песком; 9 – бетон; 10 – постоянная конструкция
Рис. 14.2 Анкерное крепление котлована:
1 – свая крепления котлована; 2 – пояс из двух двутавров; 3 – тяга анкера; 4 – заделка анкера
Перед забивкой свай и до начала разработки котлована с откосами копают вручную разведочные траншеи по краям будущего котлована для обнаружения подземных коммуникаций, не указанных в имеющейся проектной документации. При котловане с вертикальными стенами эти траншеи располагают по линиям рядов свай.
Сваи забивают дизель-молотом с копровой мачты, укрепленной на стреле экскаватора. В песчаных грунтах и при небольшой глубине забивки (до 10-12 м) можно применять электровибропогружатели. Высота копровой мачты должна соответствовать длине сваи, погружаемой за один прием (13-1,4 м). Сваи большей длины погружают в два приема с наращиванием после забивки первой сваи. Сращивают сваи фасонными листами, привариваемыми к стенкам стыкуемых двутавров.
Для обеспечения точного направления погружаемых свай перед их забивкой в плотных грунтах бурят опережающие (лидерные) скважины.
В котлованах с креплением грунт разрабатывают обычно экскаватором-драглайном с ковшом вместимостью 0,5-0,65 м3 до глубины, на которой необходимо устанавливать расстрелы. У стен оставляют бермы, предотвращающие вывалы грунта (рис. 14.3). После установки расстрелов нижерасположенную часть котлована и бермы разрабатывают послойно бульдозером с перемещением грунта в зону работы экскаватора. Непосредственно у стен котлована грунт разрабатывают вручную заходками на две-три доски затяжки с немедленным их заведением за полки двутавра и тщательной расклинкой с тем, чтобы они были плотно прижаты к грунту.
Для крепления стен котлованов также применяется анкерное крепление (рис. 14.4).
В котлованах с откосами грунт разрабатывают экскаватором-драглайном с ковшом вместимостью 1 м3. Крутизну откосов принимают близкой к углу внутреннего трения грунта. При сооружении станций, когда пролет козлового крана для монтажа обделки меньше ширины котлована поверху, а также при многоярусном водопонижении устраивают уступчатые откосы с бермами достаточной ширины для размещения подкрановых путей и оборудования.
При открытом водоотливе котлован разрабатывают ярусами. Разработку каждого яруса начинают с проходки пионерной (разрезной) траншеи глубиной, несколько превышающей высоту яруса. Уклон траншеи принимают противоположным направлению движения экскаватора. В начале траншеи (вблизи съезда в котлован) устраивают водоприемный зумпф для сбора фильтрующейся воды, Насосы для откачки воды устанавливают на дне траншеи вблизи зумпфа, а при больших водопритоках – у верхней бровки траншеи. По окончании выемки грунта очередного яруса у стен котлована устраивают водосборные канавы.
В готовом осушенном котловане весь фильтрационный поток должен собираться канавками или траншеями. В местах сосредоточенной фильтрации воды через стены или откосу котлована с выносом грунта устраивают фильтрующие пригрузки.
Рис. 14.3 Технологическая схема сооружения тоннеля в котловане со свайным креплением (а) и этапы разработки котлована (б):
I – вскрытие контрольной траншеи; II – забивка свай; III – разработка грунта; IV – планировка дна котлована– V – устройство бетонной подготовки; VI – гидроизоляция лотка; VII – монтаж обделки; VIII – гидроизоляция стен и перекрытия; IX – обратная засыпка конструкции; X – извлечение свай; 1 – установка для извлечения свай; 2 – каток; 3 – ограждение котлована; 4– козловой кран; 5 – трейлер; 6 – бадья для бетона; 7 – бульдозер; 8 – экскаватор; 9 – установка для забивки свай; 10 – автомобиль-самосвал; А – Г – этапы разработки котлована
Рис. 14.4 Технологическая схема разработки и крепления котлована с применением двухъярусного анкерного крепления:
I – разработка грунта ниже уровня верхнего яруса крепления; II – устройство верхнего яруса крепления и разработка грунта ниже уровня нижнего яруса крепления; III – устройство нижнего яруса крепления и разработка грунта до низа котлована; 1 – экскаватор-драглайн; 2 – самоходная установка для устройства анкеров; 3 – анкеры
Разработку нескальных грунтов экскаваторами во избежание нарушения естественной структуры грунта в основании ведут с недобором в подошве котлована на 20-25 см. Недобор удаляют механизированным способом – бульдозером или другими планировочными машинами – непосредственно перед устройством бетонной подготовки под изоляцию. В скальных грунтах, свойства которых не меняются под влиянием атмосферных воздействий, наоборот, дно котлована не должно иметь недоборов. Места переборов заполняют местным щебенистым грунтом с тщательным его уплотнением.
Подземные городские коммуникации, попадающие в зону строительства, временно подвешивают в котловане. Трубопроводы заключают в стальные футляры, которые подвешивают в котловане к балкам, прикрепляемым к сваям. В котлованах с откосами устраивают дополнительные промежуточные опоры из специально забиваемых свай. На зиму водопроводные и канализационные трубы утепляют.
Все работы по выемке грунта в непосредственной близости от подземных коммуникаций производят только ручным инструментом с принятием необходимых мер предосторожности и в присутствии технического надзора и представителей организаций, эксплуатирующих подземные коммуникации.
Засыпку котлована после возведения конструкций для обеспечения их устойчивости и нормальной работы ведут одновременно с двух сторон сооружения на одинаковую высоту с послойным уплотнением грунта. Все связи между свайным креплением котлована и конструкцией перед засыпкой удаляют. Расстрелы и продольные пояса снимают после полной засыпки пазух по мере продвижения фронта засыпки.
Пазухи между стенами конструкции и креплением котлована, а также нижнюю часть котлованов с откосами до высоты, обеспечивающей образование горизонтальной площадки шириной 3,5-4 м для движения бульдозеров и катков, засыпают песком, который уплотняют увлажнением до насыщения.
Дальнейшую засыпку ведут слоями равной толщины с разравниванием и уплотнением грунта при помощи бульдозеров, катков, трамбующих и вибротрамбующих машин, а в стесненных местах – навесным вибротрамбующим оборудованием или механизированными ручными трамбовками. Особенно тщательно грунт уплотняют на участках пересечения котлованами дорог с усовершенствованным покрытием, а также подземных коммуникаций.