8.3.Влаштування споруд методом «стіна в грунт».

Влаштування споруд методом «стіна в грунті» полягає у розробці під захистом тиксотропної глинистої суспензії вузької траншеї з наступним заповненням її нетвердіючим або твердіючим матеріалом.

За призначенням траншей стінки грунтах поділяються на: несучі. огороджувальні і протифільтраційні.

Несучі і огороджуючі споруди «стіна в грунті» виконують з монолітного або збірного бетону чи залізобетону. Протифільтраційні стінки в грунті (завіси) влаштовують в основі споруд, в тілі гребель і дамб, при будівництві каналів і споруд котлованів, як правило, з нетвердіючого матеріалу (рис.8.2.).

Розрізняють пальові, траншейні і безтраншейні завіси. Пальові завіси влаштовують у зв’язних і незв’язних грунтах з великоуламкових включеннями глибинного до 40…50 м у вигляді пересікаючи або загинаючих бурових паль з заповненням їх твердіючим матеріалом. Неперервні траншейні завіси застосовують у зв’язних і незв’язних грунтах, в тім числі і з великоуламкових включень на глибину до 30…50 м. Тонкі безтраншейні завіси виконують в грунтах,що не мають великоуламкових включень, за допомогою струменерозмиваючого пристрою при глибині завіси більш 12 м або шляхом віброзанурення шпунтин і наступного їх виймання з одночасним заповненням порожнини, що утворилася, твердіючим матеріалом – при глибині завіси до 12м.

Рис.8.2. Схема споруд, які виконані методом «стіна в грунт»:

а- тунель метрополітену; б- стрічковий фундамент будівлі; в- підземний резервуар; г- протифільтраційна завіса під водозливною бетонною греблею; д,е- протифільтраційна завіса відповідно під перемичкою і дамбою; 1- влаштування стін тунелю; 2 – перекриття тунелю; 3 – виїмка грунту в тунелі; 4- влаштування бетонної основи і засипка перекриття.

Влаштування завіси методом «стіна в грунт» може бути здійснено в усіх грунтах, в яких глинистий розчин забезпечує зберігання вертикальних стінок траншей. обмежено він застосовується в великоуламкових грунтах з незаповненими порожнинами, в грунтах з карстовими порожнинами, в мулистих і пилуватих, а також при великих швидкостях руху підземних вод, коли із-за виносу йми глинистої суспензії не вдається створити на стінках траншеї водонепроникний шар.

Товщина завіси визначається розрахунком за допустимими градієнтами напору, а у ряді випадків можливостями робочого органу механізму. Як правило, завіси від перетинаючи і дотикаючих паль мають товщину 0,5…1,0 м, а траншейні завіси – 0,2…1,0 м при заповненні їх твердіючими матеріалами, і до 4 м при заповненні глино-грунтовою сумішшю.

Глибина закладання «стіна в грунт» не обмежується. Вона призначається виходячи з гідрогеологічних умов будівельного майданчику і практично визначається можливостями механізмів, що використовуються для проходження траншей.

Виконання робіт по влаштуванню протифільтраційних завіс методом «стіна в грунт» включає:

• підготовчі роботи;

• влаштування форшахти;

• розробку траншеї і її заповнення.

До підготовчих робіт відносяться розбивка і закріплення на місцевості осей стіни, зовнішніх контурів, розчистка і планування майданчика, обладнання вузла для приготування і очищення глинистих суспензій і розчинів, влаштування каналів, лотоків, місткостей для збору і накопичення витісненої при заповненні траншеї глинистої суспензії і її регенерації.

Форшахта фіксує планове положення траншеї, запобігає обвалу(руйнуванню) стін її гирла і дозволяє розміщувати обладнання. Стіни форшахти виконуються з монолітного або збірного бетону і розміщуються при низькому рівні ґрунтових вод у виїмці, при високому – в насипу (рис.3). Висоту стін приймають не менше 0,8 м, а ширину на 0,1…0,2 м більше ширини траншеї при розробці її ківшевими або фрезерними механізмами. При влаштуванні завіси з перетинаючи паль висота стін форшахти приймається рівною 0,5…0,6 м, а віддаль між ними повинна відповідати діаметру свердловин. Верх форшахти необхідно виконувати на 0,3 м вище рівня глибинного розгину у траншеї, який в свою чергу, повинен перевищувати рівень ґрунтових вод на 1,0…1,5 м.

Протифільтраційні завіси у пальової стіни виконують з перетинаючи або дотикаючих паль один до одного паль. Завіси з перетинаючи паль виконують у дві черги або послідовно (рис.4). У першому випадку спочатку бурять і заповнюють твердіючим матеріалом свердловини першої черги. Віддаль між центрами цих свердловин повинна бути менша суми двох їх діаметрів.

Рис.8.3. Влаштування форшахт:

а,б- відповідно при низькому і високому рівні грунтових вод; в- при влаштування стінок з перетинаючих свердловин; 1- стіна форшахти; 2- зворотня засипка; 3- траншея, яка заповнена розчином; 4- насипний грунт; 5- залізобетонна форшахта; 6- траншея.

Рис.8.4. Схема виконання робіт при влаштуванні «стіна в грунт» методом перитинаючих буро набивних паль:

1. буріння чергової свердловини ;

2. встановлення направляючої труби в свердловину;

3. встановлення арматурного каркасу;

4. бетонування;

5. виймання направляючої труби;

1 - буровий станок; 2- свердловина із встановленої направляючої труби; 3- встановлення направляючої труби; 4- шнек; 5- готова ділянка стіни з паль; 6- арматурний каркас; 7- бункер для прийому бетонної суміші.

Потім між палями першої черги бурять свердловини другої черги, які перетинають тіло паль першої черги. Свердловини пробурюють з глинистою промивкою без обсадних труб, а стійкість їх стінок забезпечується розчином бентонітових або звичайних глин. Розчин подається на забій свердловин і разом із зваженим буровим шламом піднімається і зливається на вібросито. Після очищення розчин подається в свердловину для повторного використання.

Заповнення свердловини твердіючим матеріалом здійснюється методом підводного бетонування. Витіснений при цьому бентонітовий розчин направляється на скидання або для повторного використання.

При влаштуванні траншейної стінки з дотикаючих паль пробурювання свердловин і їх заповнення здійснюється послідовно одиночними свердловинами або по захваткам, виключаючи 3…4 свердловини.

Протифільтраційні стінки можна влаштовувати з набивного шпунта. Для цього забивають спочатку ряд шпунтин на проектну глибину завіси. Потім після забивки чергової шпунти першу з ряду виймають, а у утворену порожнину заповнюють цементно-глинистим розчином або пластичною бетонною сумішшю.

Траншейні протифільтраційні і несучі стінки виконують або шляхом розробок окремих секцій або проходженням безперервної траншеї. У першому випадку спочатку проходять на глибину завіси і заповнюють твердіючим матеріалом секції першої черги довжиною від 5 до 9 м. Проходка здійснюється під шаром глинистого розчину. Розроблений грунт з траншеї відсмоктується або видаляється ковшем екскаватора (рис.5). Заповнення траншеї виконується методом підводного бетонування. Секції другої черги розробляються після того, як матеріал-заповнювач секції першої черги набере необхідну міцність. Для покращення контакту між секціями замикаючі елементи другої черги виконують з врізкою у секції першої черги на 0,3…0,5м.

При заповнення траншей протифільтраційних завіс у якості твердіючого матеріалу використовуються ґрунтоцементні суміші, а якщо завіса одночасно є несучою конструкцією – бетон монолітний або збірний.

Посекційна розробка траншеї глибиною до 50 м здійснюють буро фрезерним агрегатом СВД – 500Р у комплекті з буровим станком, а в м’яких ґрунтах незалежно від глибини – грейфером з гідравлічними приводом щелеп або з напірною штангою. При розробці траншейних секцій глибиною до 100 м і більше в породах значної міцності (до 120 мПа) застосовують станка ударно-канатного буріння типу УКС – 30 м з ерліфтом.

Для запобігання стін траншей і свердловин від руйнування і утримання частин розпушеного ґрунту у зваженому стані при розробці траншеї застосовують тискотронні глинисті суспензії.

Глинисті суспензії краще готувати з бентонітових глин, а при їх відсутності – із звичайних з числом пластичності не менше 0,2 і вмістом частинок крупності 0,05 мм не більше 10 %, а при дрібніше 0,0005 мм – не менше 30 %. Можна використовувати суспензії із суміші звичайних глин з бентонітовими. Глинисті суспензії (розчини) повинні мати більшу, ніж у води, щільність і утворювати на стінках виробка щільний шар (екран), який виключає фільтрацію води з траншеї. Необхідно також, щоб суспензії зберігали свої якості на протязі всього періоду їх використання і не створювали труднощі у роботі механізмів при проходці і заповненні траншеї. Глинистий розчин і матеріал для заповнення траншей готують і зберігають на розчинних вузлах. Там же здійснюють днепергацію вихідного матеріалу, очищення використаного розчину і видалення з вихідного матеріалу частинок крупніше 2 мм. Вихідними матеріалом для приготування суспензії служить грудкова кар’єрна глина або порошок. Розчин готують у гідравлічних або механічних змішувачах.

При влаштуванні траншей у сильно фільтруючих гравійно-галькових ґрунтах використовують глинисті суспензії підвищеної в’язкості, які отримані шляхом обробки звичайних суспензій розчином рідкого скла або вапна.

Витрата глини В в т. на 1м³ води для отримання розчину заданої щільності

Можна отримати за формулою:

,

де, - відповідно щільність глини і води, т/м³.

витрати води ∆Q для зменшення вихідної щільності суспензії до знову отриманої визначається за формулою:

,

де, - об’єм розчинної суспензії, м³.

для підвищення щільності глинистих застосувань спеціальні додатки (барит, гематит і ін.) витрата яких на 1 м³ суспензії розраховується за формулою:

,

де, - щільність суспензії відповідно до і після потяжчення, т/м³; - щільність потяжчувача, т/м³.

Контроль якості будівництва споруд методом «стіна в грунт» включає контроль якості виконання траншеї, заповнювача траншеї і готової завіси. У першому випадку перевіряються геометричні розміри траншеї, спряження з водотривам, вертикальність стін, якість глинистої суспензії наявність осаду на дні траншеї.

Матеріал для заповнення траншеї і свердловин підбирає лабораторія, яка визначає його зерновий склад, межі пластичності, міцність та протифільтраційні якості, перевіряють також дотримання технології підготовки матеріалу і заповнення їм траншеї і свердловини.

Контроль якості готової «стіни в ґрунті» виключає відбір проб з нього і випробування їх на міцність і протифільтраційні якості. Обвалювання укосів траншеї у процесі її розробки і заповнення є основною небезпекою при влаштуванні завіси траншейним способом. Для виключення цього необхідно підібрати глинисту суспензію, яка відповідає її щільності,постійно підтримувати заданий рівень розчину у траншеї. Потрібно як можна раніше заповнювати траншею по досягненні проектної глибини. Для виключення підрізки масиву ґрунту і підвищення його стійкості необхідно суворо дотримуватися вертикальність виробки.