Практикум по курсу «Специальные подземные сооружения»

Рис. 27. Виды траншей и свайных стен:

а) из соединяющихся траншей; б) из непрерывных траншей с секционным заполнением; в) из соприкасающихся свай; г) из пересекающихся свай; д) устраиваемые в траншеях из пересекающихся свай; 1,2- последовательность операций; 3- ограничитель

Для разработки траншей используют различное землеройное оборудование. В основном это ковшовые и бурофрезерное оборудование (грейферные экскаваторы, барражная машина).

9.1. Технология устройства монолитных стен

Устройство стен из монолитного бетона и железобетона может осуществляться двумя способами: траншейная стена в грунте и стена из секущихся свай. При близком расположении к фундаментам существующих зданий, в недостаточно прочных грунтах, а также в тех случаях, когда по расчетам темп бетонирования может отставать от темпа разработки грунта в траншее, работы по устройству траншеи и ее бетонирование ведут короткими участками (траншея - секция), разрабатывая грунт и бетонируя участки через один. В устойчивых маловлажных грунтах короткие траншеи – секции разрабатываются без глинистой суспензии. В водонасыщенных неустойчивых грунтах они разрабатываются под глинистой суспензией.

51

Устройство траншейных стен в грунте из монолитного бетона и железобетона состоит из следующих связанных между собой простых процессов:

1.После проходки траншеи, заполненной глинистым раствором, в ней выделяются захватки бетонирования длинной 3…6 м.

2.В этих захватках грязную глинистую суспензию заменяют чистой.

3.Устанавливают арматурную конструкцию.

4.Укладывают в траншею бетонную смесь, вытесняя из нее глини-

стую суспензию.

Траншею делят на захватки ограничителями, которые, как правило являются трубами с приваренными уголками, диаметр которых на 30...50 мм меньше ширины траншеи. После выделения захваток бетонирования дно траншеи очищают погружными насосами от комьев грунта и шлама и заменяют суспензию. Арматура не должна опираться на дно траншеи, поэтому ее кренят к форшахте.

Вторая технологическая схема – устройство монолитных стен из секущихся свай используется тогда, когда не удается добиться устойчивости стенок при разработке грунта в траншее или на стенки траншеи оказывают давление расположенные поблизости сооружения. По этой схеме технологическая последовательность работ следующая:

•глубокие скважины бурят последовательно вплотную с использованием специальных обсадных труб, с элементами, обеспечивающими пересечение окружностей и армируют каждую скважину в обсадной трубе;

•бетонируют каждую скважину в отдельности методом ВПТ(вертикально перемещаемой трубой);

•извлечение обсадных труб из скважин, заполнение бетонной смесью;

•уплотнение бетонной смеси вибрированием после извлечения труб.

9.2. Устройство сборных и сборно-монолитных стен в грунте

Монолитные стены в грунте имеют, как правило, низкое качество поверхностей, что требует дополнительной обработки поверхностей (расчистки, штукатурки или облицовки). Так как опалубка таких стен являются стены траншеи, то использование рациональных конструктивных форм (ребристых, тавровых и др.) практически исключается. Исключается также визуальный оперативный контроль за качеством

52

арматурных и бетонных работ. Поэтому очень часто при соответствующем экономическом обосновании применяются сборные или сборно-монолитные стены в грунте.

Применение сборных стен в грунте позволяют повысить индустриальность ведения работ, их качество, применение рациональных конструктивные формы стен. Известны четыре технологических схемы строительства сборных стены в грунте. Однако сборные стены имеют и недостатки: высокую стоимость сборных элементов и большое количество сборных элементов. Вместе с тем сборномонолитные конструкции не имеют недостатков присущих сборным и монолитным конструкциям, и могут оказаться в ряде случаев более экономичными.

Разработку грунта в ядре сооружения ведут в зависимости от глубины, геометрических размеров сооружения в плане, а также от геологических и гидрогеологических условий строительной площадки. Особенностью технологической схемы разработки грунта в ядре сооружения является поярусная выемка грунта и технологические перерывы в разработке грунта, вызванные необходимостью заделки открытых стыков по швам сооружения и устройство конструкций, обеспечивающих прочность и устойчивость стен (распорных элементов, поясов жесткости, грунтовых анкеров и др.). Устройство креплений производят после разработки грунта первого яруса. Наиболее прогрессивными креплениями являются грунтовые анкеры.

Грунтовые анкеры – это устройства, позволяющие передать усилия от стен на удаленные или глубоко расположенные слои грунта, что позволяет передать на стены большие нагрузки от рядом расположенных зданий при стесненной городской застройке.

Рис. 28. Принципиальные схемы анкеров: а – анкер с теряемым башмаком – с опорной трубой; в – с инъекционной трубкой; г – с манжетной трубой при внутреннем расположении тяги; 1 – теряемый башмак; 2 заделка (корень);

53

3 – тяга; 4 – изолирующая оболочка; 5 – оголовок; 6 – замок; 7 – инъекционная трубка; 8 – обойма; 9 – фиксатор; 10 манжетная трубка; 11 - пакер

Анкера рис. 28 подразделяются на постоянные и временные. Постоянные анкера входят в состав сооружений и обеспечивают их работу в период всей эксплуатации. Временные анкера выполняют функцию временных ограждений и устанавливаются на период строительства. Существуют различные схемы устройства анкеров рис.29, но практически все анкера конструктивно состоят из оголовка, который составляет опорную часть анкера и обеспечивают натяжение и закрепление анкерной тяги и передачу сил на стену; анкерная тяга может быть выполнена из отдельного стержня, пучка стержней или проволочной тяги и передает усилия от основной конструкции на заделку анкера; заделка – рабочая фиксирующая часть анкера, передающая усилие от стены на окружающий массив. Технология устройства анкера состоит из следующих процессов – проходка скважины, установка анкера, цементация зоны заделки, натяжения и закрепления анкера.

Рис.29. Технология устройства анкера с теряемым башмаком:

а – бурение скважины; б – погружение анкера; в – нагнетание цементного раствора в скважину; г – натяжение анкера и блокировка его на конструкции

9.3. Опыт строительства сооружений методом «стена в грунте»

За последние годы в нашей стране накоплен значительный опыт возведения подземных сооружений этим способом.. Таким образом строятся подземные гаражи, переходы, торговых площадей рассоложенных ниже дневной поверхности в условиях плотной городской застройки, а также противофильтрационные завесы.

Среди первых объектов, построенных методом «стена в грунте» по технологии, разработанной в нашей стране и на нашем оборудовании, была насосная станция в г. Сергиев-Посаде (рис 30). Подземная часть камеры переключения водоводов на Криворожском ЮГОКе и

54

заглубленная часть маслоподвала проволочного стана 250 Череповецкого металлургического комбината

Рис.30. Насосная станция в г. Загорске:

1- стена в грунте; 2 – днище; 3 – сыпной песчаный грунт; 4 – почвеннорастительный слой; 5 – суглинок коричневый с прослойками песка, мягко - пластичный; 6 – мелкий, рыхлый, водонасыщенный; 7 – гравийногаличниковая с песчаным заполнителем; 8 – глина черная (юрская) твердая

Канализационная насосная станция в начале была запроектирована в виде монолитного колодца с толщиной стен 1,5 м глубиной 10,0 и диаметром 16,0 м. Этот проект был переработан для строительства методом «стена в грунте» с толщиной стены 0,6 м и высотой 9,15 м, днище толщиной 0.5 м устраивалось выше отметки основания стены на 2 м, обеспечивая этим заделку стены в водоупор. Институтом «Фундаментпроект» был переработан проект для строительства «стена в грунте». Предусматривалось устройство стены колодца толщиной 0,6 м и высотой 9,15 м, днище толщиной 0,5 м устраивалось выше отметки основания стены на 2,0 м, обеспечивая этим заделку стены в водоупор. Схема этого сооружения представлена на рис. 30. Периметр сооружения был разбит на десять захваток длиной по 5,4 м каждая. Ограничителями между захватками были ж/б трубчатые сваи диаметром 0,6 м. Траншею отрывали под глинистым раствором плотностью 1,1…1,15 г/см3 , вязкостью 25…30 ст по ВЗ-4. Наличие на глубине 6…7 м плотных глин затруднило рытье траншеи, а из-за глинистых осадка на дне требовалась вторая проходка траншеи. Перед установкой арматурного каркаса загрязненный раствор заменяли на новый, далее в него опускали арматурный каркас. Бетонирование производили литым бетоном класса В15 с осадкой конуса 16…20 см.

55

Глинистые суспензии. К применяемым для заполнения траншеи в процессе ее разработки глинистым суспензиям предъявляют следующие требования:

1.плотность суспензии должна обеспечивать полную устойчивость полную устойчивость необлицованных стенок траншеи;

2.стабильность суспензии должна обеспечиваться в течении необходимого для проведения работ времени;

3.суспензия должна обладать тиксотропными свойствами;

4.она должна иметь консистенцию, чтобы полностью вытесняться материалом, которым после окончания работ по разработке грунта заполняется траншея;

5.смесь используемой суспензии и разработанного грунта не должна обладать никакой агрессивностью по отношению к используемым материалам и грунтовым водам.

Наиболее часто для заполнения траншеи применяют бентонит (монтмориллонитовую глину), которая в водной среде сохраняет состояние суспензии с высокой вязкостью, обладает тиксотропными свой-

ствами и большой водонепроницаемой способностью. Плотность бентонитовых смесей 1,03…1,2 г/см3. Для приготовления суспензий

были разработаны специальные установки. В среднем на приготовление 1 м3 суспензии необходимо от 80 до 100 кг бентонита и воды только определенного качества. При заполнении траншей суспензией необходимо выполнять следующие правила:

•тщательное заполнение траншей суспензией;

•применение суспензии с минимальными фильтрующими свойствами:

•постоянный контроль за качеством суспензии, включая объемы, из которого она удаляется при заполнении траншеи бетонной смесью или другими материалами;

•минимальная продолжительность перерыва между окончанием работ по выемки грунта и началом укладки в траншею бетонной смесью.

При наличии грунтовых вод заполнение траншеи суспензией

должно быть произведено до появления в ней грунтовой воды во избежание разжижения.

9.4. Укладка бетонной смеси

Заполнение скважин бетонной смесью производится после установки армокаркаса. При отсутствии грунтовых вод бетонная смесь подается в скважину по бетоноводу диаметром около 250 мм. В тех

56

случаях, когда в скважине есть грунтовая вода, бетонная смесь подается в скважину по бетоноводу либо в специальных бадьях. Для обеспечения полного заполнения скважины бетонной смесью рекомендуется вибрирование или легкое покачивание армокаркаса в разные стороны для того, чтобы обеспечить некоторое разжижение бетонной смеси и ее большую подвижность. Применение вибратора для уплотнения бетонной смеси не рекомендуется, так как при этом может произойти ее расслоение. При укладке обычной или литой бетонной смеси, которая подается в специальных бадьях или с помощью бетононасосов, необходимо соблюдать следующие условия:

1.заполнение траншеи (скважины) бетонной смесью должно производиться не позднее чем через 2,4 или, в крайнем случае, 6 ч после окончания работ по выемке грунта;

2.процесс бетонирования не должен прерываться, при этом скорость подъема уровня бетонной смеси должен быть не менее 1 м/ч;

3.бетонолитная труба, используемая для подачи бетонной смеси, должна быть погружена на 1 м ниже уровня укладываемой бетонной смеси. Максимальное погружение выходного сечения бетонолитной трубы ниже уровня бетонной смеси не должно превышать 2…3 м;

4.основание траншеи до начала процесса бетонирования должно быть освобождено от всякого мусора, отдельных включений и др.;

5.в процессе бетонирования должна быть исключена возможность попадания посторонних включений в укладываемую бетонную смесь.

При заполнении траншеи, длина которой превышает 4 м необходимо использовать две трубы диаметром 200…300 мм.

При сооружении водонепроницаемых завес возникает проблема установки водонепроницаемых перемычек между отдельными участками стенок на месте устанавливаемых перегородок.

Сооружение траншейных стенок возможно одним из следую-

щих способов:

•разработка грунта грейферами

Для этих целей обычно используется тросовые грейферы, имеющие большое усилие закрытия ковша. В верхнем плотном грунте разрабатывается пионерная траншея глубиной от 1 до 1,5 м, которая облицовывается ж/б плитами толщиной 200…300 мм. По мере разработки траншея заполняется тиксотропным раствором.

•фрезерная разработка грунта

Стенка разбивается на участки, при этом по концам участка пробуривается скважина на всю глубину траншеи. Затем бурильная установка перемещается вдоль участка и разрабатывает грунт на всю его

57

высоту слоями по 300 мм, опускаясь все ниже и ниже. Разрабатываемый грунт перемещается в траншее с глинистой суспензией, которая отсасывается и подается на вибросита. После очистки суспензии она подается обратно в траншею.

•разработка траншеи методом вертикального бурения.

На первом этапе разработки производится бурение вертикальной скважины на всю глубину, после чего, перемещая бурильную установку в горизонтальном направлении, производят дальнейшее бурение траншеи на всю ее длину. На нижний конец штанги насаживают специальные фрезерные насадки, форма которых зависит от характеристик грунта. Разрабатываемая траншея заполняется суспензией (рис.31). Метод применим для рыхлых несвязных грунтов без крупных включений.

Рис.31. Разработка грунта методом вертикального бурения Схема непрерывного сооружения стенки-прорези, 1 – ограничительные пе-

регородки

Основные положения расчета. Распределение давления грунта зависит от конструктивного выполнения стенки, ее типа, числа и расположения устройств предохраняющий ее от обрушения, а также характеристик грунта и хода выполнения строительных работ. При свободно стоящих стенках давление увеличивается по линейному закону с увеличением глубины траншеи. При закрепленных стенках происходит перераспределение давления грунта. Защемленные в грунте подземные стенки рассчитываются так же, как и шпунтовые стенки. С учетом перераспределения давления грунта можно рассчитать также защемленные, свободно расположенные в грунте с одной распоркой (анкером) подземные стенки. Стенки с несколькими распорками можно рассматривать как стенки с равномерно распределенной нагрузкой, лежащие на жестком неподвижном основании.

58

10. Подпорные стенки из армированного грунта

Армированный грунт – это сравнительно новый способ устройства подпорных стен и других сооружений. Сущность его заключается в том, что на специально подготовленной поверхности грунта (спланированной и уплотненной) укладывают арматурную сетку (рис.32) засыпают ее слоем грунта, после уплотнения этого слоя укладывают следующую арматурную сетку и засыпают следующий по высоте слой грунта с уплотнением его до заданных расчетом величин.

Рис. 32. Армированный грунт со сборной металлической оболочкой; а- конструкция, б – процесс возведения; 1 – соединение внахлёст; 2 - метал-

лический элемент оболочки; 3 – арматура; 4 - грунт

Сетка в торце одной из сторон прикрепляют по мере их укладки к элементам торцевого ограждения, например, оболочки, под которые до начала работ устраивают фундаментную плиту.

Современные конструкции армированного грунта впервые были предложены инженером А. Видалем в 1966 г. По Видалю, армированный грунт напоминает обложку книги, где нижняя ее часть – металлическая арматурная сетка, укладывается на уплотненный грунт, присыпается слоем грунта и укатывается, перекрывается сверху следующей сеткой и с торцов закрывается ограждением с оболочкой. После соответствующих исследований, разработки методики расчета, конструкции и технологии армированный грунт получил большое распространение в зарубежной практике строительства для крепления откосов, насыпей и выемок.

Подпорная стенка с ограждением из крестовидных бетонных плит с половинными доборными нижними и верхними плитами позволяет получить интересные решения фасадов (рис. 33). Для боль-

59

шей технологичности монтажа предусмотрена система вертикальных анкерных стержней, которые не только обеспечивает точность установки, но и способствует большей монолитности стенки.

Рис. 33. Крестовидные элементы ограждения:

1 – временное крепление; 2 – временные клинья; 3– крестовидные элементы; 4 – анкерный шип; 5 – арматурные полосы; 6 - грунт

Насыпные грунты для стенок должны допускать высокую степень уплотнения, позволяющую получить как можно большее сопротивление трению на максимально коротком участке. Грунты заполнения должны быть водопроницаемыми и стойкими против выветривания.

Область применения армированного грунта очень широка, от подпорных сооружений до укрепления береговых устоев мостовых сооружений, плотин, насыпей, фундаментов и оснований для различных сооружений в дорожном, жилищном и промышленном строительстве.

11.Коллекторы и тоннели, выполняемые открытым способом

К этой группе относятся, прежде всего, линейные подземные сооружения, предназначенные для размещения в них трубопроводов, канализации, теплофикации, газа, кабельных сетей, а также транспортные тоннели. В состав подземных сооружений вспомогательного назначения на промышленных предприятиях и городах, входят значительное число инженерных коммуникаций, обеспечивающих жизнедеятельность промышленности и городского хозяйства. Следует отметить, что интенсивность развития коммуникационного подзем-

60