11.3 Метод «стена в грунте»
«Стена в грунте» – способ устройства подземных частей сооружений, основанный на заполнении узких глубоких траншей монолитным, реже сборным железобетоном или противофильтрационными материалами типа цементно-глинистых растворов, асфальта и проч. Образующиеся таким способом стены в грунте могут быть:
несущими конструкциями – служить фундаментами, ограждениями подземных помещений, подпорными стенками;
противофильтрационными завесами.
В первом случае материалом служит железобетон, во втором – цементно-глинистый раствор, асфальт, комовая глина и др. На рисунке 93 показана схема производства работ при устройстве стен в грунте из монолитного железобетона.
Ширина траншеи обычно составляет 0,5…1м, глубина заложения несущих стен в грунте чаще всего составляет 20…30м, противофильтрационных – 40…50м, но в особых случаях заглубление может достигать 70м, даже у несущих стен.
Защита вертикальных откосов траншей от обрушения достигается путем заполнения траншеи глинистым раствором (см. предшествующий раздел 3.2.1). Такой раствор является материалом многократного использования: при бетонировании он постепенно вытесняется бетонной смесью, собирается в специальные емкости, очищается и доставляется к месту следующего применения.
Рисунок 93 Схема производства работ при устройстве стен в грунте из монолитного железобетона:
а – разработка траншей грейфером под защитой глинистого раствора, б – опускание арматурного каркаса, в – бетонирование методом ВПТ (вертикально перемещающейся трубы); 1 – подача глинистого раствора, 2 – подача бетонной смеси, 3 – откачка глинистого раствора, 4 – ограничитель, разделяющий захватки
Бетонирование обычно ведется участками (захватками) длиной 3…6м. Используется метод вертикально перемещаемой трубы (ВПТ– см. раздел 2.4). Между участками устанавливаются ограничители (перемычки). При малой глубине траншеи (до 15м) в качестве ограничителей используются извлекаемые металлические трубы, диаметр которых обычно на 3…5см меньше ширины траншеи. При большей глубине ограничители делают не извлекаемыми в виде стального листа, привариваемого к арматуре.
В случаях, когда стены в грунте делаются вблизи существующих сооружений, откопка траншей и бетонирование ведется отдельными захватками (через одну).
В отличие от традиционной технологии устройства подземной части сооружения, когда сначала откапывается котлован, а затем возводятся фундаменты и стены подвала, при технологии «стена в грунте» сначала делаются стены подвала по периметру сооружения, а затем удаляется грунт между этими стенами до уровня пола подвала. По мере удаления грунта из внутренней зоны обнажающиеся стены воспринимают все большие горизонтальные нагрузки от грунта, находящегося снаружи котлована, в связи с чем может требоваться дополнительное крепление этих стен (рисунок 94).
Рисунок 94 Схема возможных креплений стен в грунте:
а – консольные стены (заделка в грунте), б, в – одно- и многоярусные крепления распорками-перекрытиями, г – крепление анкерами
При устройстве глубоких помещений стены в грунте чаще всего по мере откопки временно закрепляют анкерами (94г), затем возводятся распорки, в роли которых обычно выступают подвальные перекрытия (94б,в). Анкера делаются в виде наклонных буроинъекционных свай диаметром 8…20см, длиной 5…15м (устанавливается расчетом), обычно с уширением. Отверстия в стенах для пропуска анкеров пробиваются пневматическими механизмами или пробуриваются специальными сверлами.
При устройстве противофильтрационных завес работы ведутся примерно так же, как и при устройстве несущих стен в грунте, но арматура не используется, а вместо бетонной смеси в траншею укладываются упомянутые выше противофильтрационные материалы (цементно-глинистый раствор, асфальт, комовая глина и проч.). При этом используются примерно такие же способы укладки, как и при использовании бетонной смеси. Глинистый раствор также постепенно вытесняется, собирается и доставляется на новое место его использования.
Кроме описанных «траншейных» стен в грунте, могут изготовляться «свайные» стены из пересекающихся буронабивных свай. Бурение скважин и бетонирование свай производится в порядке, показанном на рисунке 95.
Рисунок 95 Порядок бурения и бетонирования свай при устройстве свайных стен в грунте (цифры указывают последовательность работ)
Бурение скважин в промежуточных зонах (3, 5, 7 и т.д.) производится после бетонирования соседних свай (у сваи 3 это сваи 1и 2, у сваи 5 это сваи 2 и 4 и т.д.) с врезанием свежеуложенный бетон этих свай. Обеспечение такого врезания требует большого умения и навыков бурового мастера. Если в стене допустимы щели (например, у подпорной стенки) сваи могут не пересекаться, и тогда эта проблема отсутствует.
Стены в грунте могут делаться из сборных элементов. Используются железобетонные панели толщиной 400…600мм и шириной 1200…2000мм. Стыки таких панелей бетонируются с помощью бетонолитной трубы.
Возможность и эффективность применения стен в грунте в значительной мере зависят от наличия соответствующего оборудования.
При малых глубинах (до 8м) траншеи для стен в грунте могут разрабатываться землеройными машинами общего назначения: одноковшовыми экскаваторами, оснащенными рабочим оборудованием драглайн, обратной лопатой с удлиненной рукоятью, многоковшовыми экскаваторами и др. При устройстве «свайных» стен в грунте используются буровые станки, применяемые при устройстве буровых свай, рассмотренных в разделе 3.2.1.
Для разработки глубоких траншей применяются экскаваторы со специальным рабочим оборудованием или специализированные землеройные машины. В нашей стране и за рубежом разработано множество конструкций экскаваторов, способных разрабатывать траншеи шириной 0,4…1м на глубину 18…50м. Имеются даже машины, обеспечивающие максимальную глубину разработки до 100м (специальное рабочее оборудование опускается на дно траншеи на тросах).
В большинстве случаев в качестве рабочего оборудования используются грейферы двухчелюстного типа с жесткой штангой или подвешенные к стреле экскаватора на канатах (тросах). В последнем случае для повышения производительности грейфер часто применяют совместно с буровым станком. При такой технологии буровые скважины выполняется по трассе траншеи с шагом, меньшим ширины раскрытия челюстей грейфера. После этого для образования траншеи грейфер снимает целики грунта между скважинами.
Землеройное оборудование, используемое в технологии стена в грунте, имеет свою специфику. Так, грейферы обычно отличаются «плоской» формой, приспособленной для погружения в узкие траншеи. Жесткая штанга (рукоять грейферного ковша) в ряде случаев делается сборной, позволяющей менять ее длину (и, следовательно, глубину копания) за счет вставок различной длины. Экскаватор (базовая машина) может иметь направляющую копровую стойку (вертикальную штангу), по которой перемещаются каретки с ковшом. Такая стойка погружается в траншею на требуемую глубину, а движущийся по стойке ковш разрабатывает грунт. Для повышения производительности применяется вибрационная техника (виброгрейферы), создаются комплексы, совмещающие выполнение земляных и бетонных работ и т.д.
Большое значение имеет уровень организации работ по использованию глиняных растворов. Технология приготовления и использования таких растворов рассматривалась в разделе 3.2.1. При устройстве стен в грунте она остается такой же, как и при устройстве буровых свай.
Удаление грунта из «внутренней» зоны, т.е. зоны, ограниченной стенами в грунте, обычно не предполагает использование каких-либо специальных машин и выполняется как «обычная» разработка глубокого котлована. При небольшой площади разработки используются грейферы, при больших площадях в котлован опускается одноковшовый экскаватор с обратной лопатой, который выгружает грунт в специальную бадью, которая доставляется в котлован и удаляется из него с помощью крана, стоящего за пределами контура сооружения.
Применение стен в грунте при обустройстве территорий обычно бывает связано с устройством заглубленных частей насосных, береговых водозаборов, противофильтрационных завес напорных гидротехнических сооружений.
Контрольные вопросы:
На чем основана технология «стена в грунте»? Для каких целей она применяется?
Из каких материалов изготавливаются стены в грунте? Чем определяется выбор этих материалов?
Какова последовательность работ при устройстве стен в грунте, выполняющих функции фундаментов?
Какие землеройные машины используются при устройстве стен в грунте?
В каких объектах применяются обычно стены в грунте при обустройстве территорий?