книги / Реконструкция подземного пространства
..pdfвыставке в Париже в 1900 г. золотую медаль. Впервые металлические кессо ны были разработаны и применены в России, были значительно усовершен ствованы каменные кессоны.
Впервые в бывшем Советском Союзе начали широко применять гид ромеханизацию при разработке и гидротранспортировке грунта (Красно холмский и Ново-Усгышьскис мосты в Москве в 1937 г., Наводницкий и Дарницкий мосты через р. Днепр в Киеве). Управление этими работами осу ществлялось без пребывания людей в рабочей камере кессона.
Кессоны, применявшиеся как один из наиболее эффективных способов устройства фундаментов глубокого заложения, использовали также и для устройства подземных и заглубленных помещений (тоннель под р.Шпрее с размерами в плане 52,9x7,5 м и глубиной 10,9 м, насосная станция с водоза бором на р. Волге диаметром 23 м и глубиной 25 м, установка непрерывной 1'з.:ливкп стали в г.Нижнем Новгороде и др.). В настоящее время кессоны
вменяют редко из-за необходимости работы под сжатым воздухом, больioiI трудоемкости, наличия других, более прогрессивных способов.
Способ «стена в грунте» получил распространение в последние 3035 лег для устройства стен подземных помещений, противофильтрационных диафрагм и фундаментов.
Впервые способом «стена в грунте» была построена в 1940-1943 гг. противофильтрационная завеса плотины гидроузла Хэле Бэр на р.Теннеси (США). Завеса длиной 220 м и глубиной 47 м была выполнена способом «се кущихся свай», являющимся одной из разновидностей способа «стена в грун те».
В последующие годы этот способ непрерывно совершенствуется, его область применения расширяется, создаются все новые специальные машины
имеханизмы, позволяющие практически полностью превратить разработку узких и глубоких траншей под глинистым раствором, являющуюся ведущим технологическим процессом способа «стена в грунте», в высокопроизводи тельную машинную технологию с программным управлением. Если в начале развития способа основным рабочим механизмом экскаваторов были ковши обратных лопат и плоские навесные грейферы, а позже гидравлические грейферы, с помощью которых разрабатывались траншеи глубиной от 10 до 30 м, то в современном строительстве траншеи на глубину до 100 м разраба тываются с помощью специальных гидрофрез, выполняющих не только по- родо-разрушающие функции, но и гидротранспортировку грунта от забоя до заданного места на поверхности. Значительно усовершенствованы конструк ции стен в грунте из монолитного железобетона, созданы новые технологии
иконструкции сборных стен в грунте.
Новые способы строительства, технологии и конструкции возникают, как правило, на базе издавна существующих, но на новой, современной на учно-технической основе. Например, армированный грунт применяли для подпорных стен еще в XIX веке, но использовали для армирования деревян
ные рейки, а для армирования современных конструкций из грунта приме няют арматуру из стали или полимеров, используя научную основу, накоп ленную за многие годы исследований и совершенствования железобетонных конструкций подземных и заглубленных сооружений.
К сожалению, в настоящее время по курсу «Реконструкция подземного пространства» для специальности 2905 «Городское строительство и хозяйст во» отсутствуют учебные пособия, отвечающие в полной мере задачам и це лям курса и соответствующие требованиям ГОСа по направлению «Строи тельство». Поэтому предлагаемое автором настоящие учебное пособие явля ется попыткой систематизировать основные учебные материалы, которые представлены в известных учебниках и учебных пособиях по дисциплинам
«Основания и фундаменты», «Подземные сооружения», «Точно!*•'тм |
и ор |
ганизация строительства», а также материалы и фотографии |
ого ар |
хива автора, которые он собирал последние годы, будучи чд |
рикан- |
ского института фундаментов глубокого заложения и члено |
еского |
комитета №18 «Фундаменты глубокого заложения» Между: |
обще |
ства по механике грунтов и геотехнике. |
|
1. ПОДЗЕМНЫ Е СООРУЖ ЕНИЯ И УСЛОВИЯ ИХ СТРОИТЕЛЬСТВА
1.1. Типы, классификация, способы возведения
Под подземным сооружением понимают объемную строительную сис тему, состоящую из несущих и ограждающих конструкций, предназначенную для использования в градостроительных целях и располагающуюся в цо кольном, подвальном или подземном этажах инженерных сооружений.
Подземные сооружения являются составной частью системы обслужи вания населения города, повышают ее доходность и рентабельность, обеспе чивают концентрацию и кооперирование учреждений и их подразделений под землей, дополняют существующую надземную сеть, увеличивают мощ ность отдельных предприятий, повышают качество обслуживания и удобство проживания за счет приближения к потребителю.
На различных этапах градостроительного проектирования определяет ся номенклатура типов учреждений, предприятий общественного обслужи вания, их подразделений и отдельных помещений, размещение которых до пускается в подземном пространстве, включающая в том числе:
-предприятия попутного обслуживания при подземных пешеходных переходах и транспортных узлах;
-предприятия обслуживания городского, районного и местного значе ния в подвальных этажах жилых домов;
-предприятия обслуживания в подвальных этажах общественного и иного назначения зданиях и сооружениях;
-подземные предприятия обслуживания, размещаемые на свободных незастроенных территориях;
-предприятия обслуживания на вторых подземных уровнях;
-предприятия обслуживания, размещаемые в горных выработках и
т.д.
Подземные сооружения разделяются по назначению, функциональной организации, расположению, глубине заложения и способам их строитель ства.
По назначению выделяют следующие подземные сооружения:
-коммунально-бытового назначения (подвальные этажи зданий, под земные гаражи, подземные склады магазинов, подземные холодильники, под земные кинотеатры и т.д.);
-промышленно-технологические сооружения (емкости очистных водоодных и канализационных сооружений, заглубленные части дробильно-
шровочных цехов обогатительных фабрик, металлургических производств,
. иемные атомные котельные и т. д.);
-сооружения гражданской обороны и оборонные (убежища различных классов, командные пункты, шахты для хранения и запуска баллистических ракет и т. д.);
-транспортные и пешеходные тоннели (горные автомобильные и желез нодорожные тоннели для преодоления высоких перевалов, подводные тонне ли под реками и морскими проливами, тоннели метрополитена, городские авто мобильные и железнодорожные тоннели, пешеходные подземные переходы);
-тоннели городских коммунальных сетей (канализационные, тоннеликоллекторы для прокладки силовых, телефонных кабелей, водопровода и др.);
-гидротехнические подземные сооружения (напорные тоннели, камеры машинных залов ГЭС, подземные бассейны гидроаккумулирующих электростан ций);
-выработки для добычи полезных ископаемых (для добычи угля - шах ты, руды - рудники);
-хранилища нефтепродуктов и газов, бытовых и промышленных отхо
дов.
По функциональной организации выделяют:
-однофункциональные;
-многофункциональные.
По расположению подземные сооружения могут размещаться:
-в комплексе с надземными зданиями (отдельно стоящие, встроенные, встроенно-пристроенные);
-в сочетании с подземными инженерно-транспортными сооружениями:
вспециально проводимых выработках под улицами, площадями, скверами; в специальных выработках за чертой города;
-в отработанных горных выработках.
По глубине заложения подземные сооружения разделяют на заглублен ные, малой глубины заложения, глубокие.
Над заглубленными сооружениями нет слоя грунта, они перекрыты свер ху искусственными конструкционными материалами или вообще представляют собой подземную часть здания.
Над подземными сооружениями малой глубины заложения имеется слой грунта до Юм. Вес объектов, расположенных на поверхности, вносит свой вклад в давление грунта на обделку подземных сооружений малой глубины за ложения.
Подземные сооружения большей глубины заложения относят к разряду
глубоких. Давление на обделку этих сооружений уже не зависит с* |
Остановки |
на поверхности, а определяется только свойствами окружаютп |
ч и глу |
биной заложения. |
|
Основными способами строительства подземных со |
явля |
ются: |
|
- строительство в открытых котлованах или траншеях с <. |
л с ук |
реплением стен котлованов шпунтом или другими видами креплен |
|
-способ подращивания;
-способ опускного колодца и кессонный;
-«стена в грунте»;
-способ бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций. Рассмотрим более подробно основные наиболее распространенные
способы строительства подземных сооружений.
Способ строительства в открытом котловане (рис. 1.1) заключается в том, что вначале разрабатывается котлован или траншея с размерами в плане и по глубине, необходимыми для устройства сооружения. Крутизну откосов котлована делают такой, чтобы обеспечить их устойчивость. Если устойчи вость откосов в один ярус не обеспечивается, откосы котлованов или тран шей устраивают в два или несколько ярусов с бермами. В зависимости от глубины, инженерно-геологических условий, обводненности грунтов устраи вают крепление стен котлованов или траншей распорными, шпунтовыми, подпорными или другими креплениями. После разработки котлована произ водят устройство фундаментов, днища и стен сооружения.
Этот способ используется при строительстве заглубленных сооружений малой глубины заложения, значительной их площади в плане и благоприят ных грунтовых условиях.
Устройство шпунтовых стен (рис. 1.2) для крепления откосов котлова нов или постоянных ограждений заключается в том, что ограждающие кот лован или сооружение стены собирают из отдельных шпунтовых свай, назы ваемых шпунтинами, погружая их в грунт (spund - продольный выступ и со ответствующий ему паз на грани примыкающей шпунтины). Соединение от дельных шпунтин в стену происходит при их погружении. После погружения шпунта внутри ограждающих стен разрабатывают грунт. Для обеспечения
Шпунтовые стены могут быть постоянными и временными, на период строительства подземного или заглубленного сооружения. В последнем слу чае после завершения строительства в целях повторного использования шпунт извлекают с помощью оборудования, используемого для забивки (85% может быть использовано повторно). Как самостоятельный способ устройст во шпунтовых стен можно отнести только к железобетонному шпунту, кото рый в современном строительстве применяется редко (в основном в гидро технике). Обычно устройство шпунта относится к строительству в открытых котлованах.
Способ подращивания. Сущность способа заключается в том, что в пионерном котловане устраивают кольцевую подпорную стену (т *к называе
мый «воротник») и выполняют обратную засыпку, а затем вн |
потника» |
разрабатывают грунт на глубину первой захватки. К болт:< |
ценным |
снизу из «воротника», подвешивают железобетонные тюбш |
i разра |
батывают грунт на глубину второй захватки, подвешивают н |
второй |
ряд тюбингов и в застенное пространство между тюбингами |
ом грун |
та через отверстия в тюбингах инъектируют под давлением асмс.>гный рас твор. В такой последовательности ведут работы до глубины, соответствую щей проектной отметке, и устраивают железобетонное днище.
Рис. 1.3. Устройство заглубленного сооружения методом подращи вания: 1 - лифт; 2 - перекрытия; 3 - внутренняя камера; 4 - оголо вок; 5 - тюбинги; 6 - тампонажный слой; 7 - монолитное днище; 8 - гидроизоляция
После опускания колодца до заданной глубины устраивают днище и начинают возведение внутренних конструкций снизу вверх: колонн, пере крытий, фундаментов под оборудование, бункеров и т. п.
Кессонный способ (от французского caisson - ящик) заключается в том, что на поверхности сооружается кессонная камера, состоящая из скошенных книзу косоугольных стен, заканчивающихся ножевой частью и перекрытием (так называемым «потолком»). На «потолок» устанавливают шахтные трубы и шлюзовой аппарат. Одновременно строят компрессорную и насосную станции. Грунт разрабатывают в кессонной камере и транспортируют через шахтные трубы и шлюзовой аппарат на поверхность. В рабочее пространство кессонной камеры подают сжатый воздух под давлением, близким к гидро статическому. Благодаря повышенному давлению сжатого воздух:; и рабочей
камере в нее не наплывает грунт, и можно вести работы нас; |
Одновре |
менно с опусканием кессонной камеры наращивают надкессо1 |
'троение |
(ограждающие стены). |
|
Разработку грунта ведут механическим инструментом |
методами |
гидромеханизации. Кессонный способ применяют при высоком уровне грун товых вод, большом их притоке, на покрытой водой местности, т.е. в гех слу чаях, когда откачка воды затруднена или экономически нецелесообразна. Кессоны применяют вместо опускных колодцев при слабых грунтах, если ожидается их наплыв или выпор из-под ножевой части, а также в случаях, когда применение кессонов дает значительный экономический эффект. Опускание кессона ограничено глубинами до 30-35 м в связи с невозможно стью работы кессрнщиков при избыточном давлении воздуха в 3,0-3,5 атм, ограничением по времени пребывания рабочих под повышенным давлением, большими расходами времени на переход рабочих через шлюз для деком прессии, что значительно удорожает кессонные работы.
Нарушение правил постепенного перехода рабочих из зоны высокого давления к нормальному атмосферному давлению (правил декомпрессии) вызывает кессонную болезнь, признаками которой являются боли в суставах и мышцах, головокружение, расстройство речи, помрачение сознания и пара личи. В связи с этими обстоятельствами кессонный способ в современном строительстве используется редко, в исключительных случаях.
Способ «стена в грунте» (рис. 1.5) состоит в том, что по контуру будущего сооружения специальными землеройными механизмами разрабатывают узкую и глубокую траншею для устройства в ней ограждающих стен. Разработку грунта ведут на полную глубину под глинистым раствором. Глинистый раствор, который добавляют в траншею по мере углубления, служит для удержания стенок траншеи от обрушения. После разработки грунта по длине траншеи частично или полностью, по захваткам, вставляют арматурные каркасы. Траншею бетонируют с помощью метода вертикально-перемещаемой трубы (метод ВПТ) или бетононасосов. При устройстве сборных стен в траншею вставляют железобетонные панели. Следующий технологический этап - разработка грунта в ядре сооружения,