Влаштування підземних споруд в умовах ущільненої забудови та складних гідрогеологічних умовах

Величезне різноманіття будівель і споруд, що зводяться, найрізноманітніші, що зустрічаються в практиці, ґрунтові умови, наявність підземних вод, зосереджені і розподілені навантаження, що діють на фундаменти і фундаментну основу, зумовлюють таку ж різноманітність підземних споруд. Вони можуть споруджуватися різними методами. Один з найбільш поширених є метод «стіна в ґрунті», який може використовуватися як при влаштуванні котлованів відкритим так і напівзакритим та закритим способом. Тому детально розглянемо особливості використання цього методу в умовах ущільненої забудови та складних гідрогеологічних умовах.

3.2.1 Технологія «стіна в ґрунті»

Суть технології «стіна в ґрунті» полягає в тому, що в ґрунті влаштовують виїмки і траншеї різної конфігурації в плані, в яких зводять огороджуючі конструкції підземної споруди з монолітного або збірного залізобетону, потім під захистом цих конструкцій розробляють внутрішнє ґрунтове ядро, влаштовують днище і споруджують внутрішні конструкції.

У вітчизняній практиці застосовують декілька різновидів методу «стіна у фунті»:

• свайний, коли огороджуюча конструкція утворюється з суцільного ряду вертикальних буронабивних або буроінєкційних паль;

•траншейний, виконуваний суцільною стіною з монолітного бетону або збірних залізобетонних елементів.

Технологія перспективна при зведенні підземних споруд в умовах міської забудови поблизу існуючих будівель, при реконструкції підприємств, в гідротехнічному будівництві.

З використанням технології «стіна в ґрунті» можна споруджувати:

•протифільтраційні завіси;

•тунелі мілкого закладання для метро;

•підземні гаражі, переходи і розв'язки на автомобільних дорогах;

•споруди для зберігання рідини і відстійники;

•фундаменти житлових і промислових будівель.

Залежно від властивостей ґрунту і його вологості застосовують два види зведення стін - сухий і мокрий.

Сухий спосіб, при якому не потрібен глинистий розчин, застосовується при зведенні стін в маловологих стійких ґрунтах.

Свайні стіни можуть зводитися як сухим, так і мокрим способом, при цьому послідовно бурят свердловини і бетонують в них палі.

Мокрим способом зводять стіни підземних споруд у водонасичених нестійких ґрунтах, що звичайно вимагають закріплення стінок траншей від обвалення ґрунту в процесі його розробки і при укладанні бетонної суміші. При цьому способі в процесі роботи землерийних машин стійкості стінок виїмок і траншей досягають заповненням їх глинистими розчинами (суспензіями) з тиксотропними властивостями. Тиксотропність - важлива технологічна властивість дисперсної системи відновлювати початкову структуру, зруйновану механічною дією. Для глинистого розчину це здатність загустати в стані спокою і оберігати стінки траншей від обвалення, але і розріджуватися від коливальних дій.

У виїмках, відритих до необхідних глибини і ширини під глинистим розчином, цей розчин поступово заміщають, використовуючи як несучі або захищаючі конструкції монолітний бетон, збірні елементи, різного роду суміші глини з цементом або іншими матеріалами.

Якнайкращими тиксотропними властивостями володіють бентонітові глини. Суть дії глинистого розчину полягає в тому, що створюється гідростатичний тиск на стінки траншеї, що перешкоджає їх обваленню, окрім цього на стінках утворюється практично водонепроникна плівка з глини завтовшки 2-5 мм. Глинизація стінок виїмок дозволяє відмовитися від таких допоміжних і трудомістких робіт, як забивання шпунта, водопониження і заморожування ґрунту.

При відриванні траншей використовують устаткування циклічної і безперервної дії; звичайно ширина траншей складає 500-1000 мм, але може доходити до 1500-2000 мм.

Для розробки траншей під захистом глинистого розчину застосовують землерийні машини загального призначення - грейфери, драглайни і зворотні лопати, бурові установки обертального і ударного буріння і спеціальні ковшові, фрезерні і стругові установки.

Бурове устаткування дозволяє влаштовувати «стіну в ґрунті» в будь-яких ґрунтових умовах при заглибленні до 100 м.

Недоцільно застосовувати метод «стіна в ґрунті» в наступних випадках:

•в ґрунтах з порожнечами і кавернами, на рихлих ґрунтах звалищ;

•на ділянках з колишньою кам'яною кладкою, уламками бетонних і залізобетонних елементів, металевих конструкцій і т. д.;

•при наявності напірних підземних вод або зон великої місцевої фільтрації ґрунтів.

Найбільш проста технологія робіт при влаштуванні протифільтраційних завіс, які звичайно виконують з монолітного бетону, важких і твердих глин. Призначення завіс - оберігання дамб від проникнення води за тіло дамби.

Протифільтраційна завіса може бути застосована при розробці котлованів для оберігання їх від затоплення підземними водами. Відпадає потреба в заморожуванні ґрунту або пониженні рівня ґрунтових вод іглофільтровими понижуючими установками. Завіса діє постійно, тоді як решта методів використовується тільки на період виконання робіт, хоча ґрунтові води можуть бути дуже агресивними.

Роботи після виривання траншей, як і виконання подальших робіт, у разі близького розташування фундаментів існуючих будівель виконують окремими захватками, звичайно через одну, тобто перша, третя, друга, п'ята, четверта і т.д.

Довжину захватки бетонування призначають від 3 до 6 м і визначають по наступних критеріях:

•умовах забезпечення стійкості траншеї;

• принятої інтенсивності бетонування;

• типу машин, які розробляють траншею;

• конструкції і призначенню «стіни в ґрунті».

Послідовність робіт при улаштуванні монолітних конструкцій за способом «стіна у ґрунті» (рис. 6.1):

1) забурювання торцевих свердловин на захватці;

2) розробка траншеї ділянками або послідовно на всю довжину при постійному заповненні відкритої порожнини бентонітовим розчином, з обмежувачами, що розділяють траншею на окремі захватки;

3) монтаж на повністю відритій захватці арматурних каркасів і опускання на дно траншеї бетонолітних труб;

4) укладання бетонної суміші методом вертикально переміщуваної труби з витісненням глинистого розчину в запасну ємність або на сусідню ділянку траншеї, що розробляється.

Арматурою «стін у фунті» є просторовий каркас із сталі періодичного профілю, який повинен бути вужчим траншеї на 10-12 см. Перед опусканням ар-матурних каркасів в траншею стрижні доцільно змочувати водою для зменшення товщини глинистої плівки, яка може на нього налипати, і покращення зчеплення арматури з бетоном.

Бетонування здійснюють методом вертикально переміщуваної труби з безперервним укладанням бетонної суміші і рівномірним заповненням нею всією захватки від низу до верху.

Рис. 6.1. Технологічна схема улаштування «стіни в ґрунті»:

1 - улаштування форшахти (зміцнення верху траншеї); 2 - риття траншеї на довжину захватки; 3 - установка обмежувачів (перемичок між захватками); 4 - монтаж арматурних каркасів; 5 - бетонування на захватці методом вертикально переміщуваної труби

Бетонолітні труби - металеві труби діаметром 250-300 мм, товщина стінок 8-10 мм, горловина - на об'єм труби, знімний клапан нижче за горловину, пижі з мішковини.

Обмежувачі розмірів захватки:

•при глибині траншеї до 15 м застосовують труби діаметром, меншим ширини траншеї на 30-50 мм; їх витягують через 3-5 години після закінчення бетонування на захватці, і порожнина, що утворилася, відразу заповнюється бетонною сумішшю;

•при глибині траншеї до 30 м встановлюють обмежувач у вигляді сталевого листа, який приварюють до арматурного каркаса. При необхідності лист посилюється приварюванням швелерів.

При довжині захватки більше 3 м бетонування звичайно здійснюють через дві бетонолітні труби одночасно. Для підвищення пластичності бетону і його легкоукладуваності застосовують пластіфіцирующі добавки - спиртну барду, суперпластифікатори.

Перерви в бетонуванні - до 1,5 години влітку і до 30 хвилин - взимку.

Бетонну суміш укладають до рівня, що перевищує висоту конструкції на 10-15 см для подальшого видалення шару бетону, забрудненого глинистими частинками. При використанні віброущільнення вібратори укріплюють на нижньому кінці бетонолітної труби. При трубах завдовжки до 20 м застосовують один вібратор, завдовжки до 50 м - два вібратори.

Труби на межі захваток обов'язково витягують. Раннє витягання приводить до руйнування кромок сферичної оболонки, що утворилася, що небажано, а пізніше приводить до затискання труби між бетоном і землею, і потрібні значні зусилля для її витягання. Тому часто замість труб ставлять перемички, які не витягуються, з листового заліза, швелерів або двутаврів, що обов'язково приварюються до арматурних каркасів споруди.

Іноді для оберігання гирла траншеї від руйнування і осипання влаштовують із збірних елементів або металу форшахти - оголовки траншей завглибшки до 1 м для посилення верхніх шарів ґрунту, або це траншея з укріпленими на глибину до 1 м верхніми частинами стінок.

Недоліки технології «стіна в ґрунті»:

- погіршується зчеплення арматури з бетоном, оскільки на поверхню арматури налипають частинки глинистого розчину;

- багато складнощів виникає при веденні робіт в зимовий час, тому, коли дозволяють умови, використовують збірний і збірно-монолітні варіанти.

Застосування збірного залізобетону дозволяє:

підвищити індустріальність виконання робіт;

приміняти конструкції раціональної форми: пустотні, таврові і двотаврові;

мати гарантії якості зведеної споруди.

Недоліки збірного залізобетону:

- потрібне спеціальне технологічне оснащення для виготовлення виробів, кожного разу індивідуального перетину і довжини;

- складність транспортування виробів на будівельний майданчик;

- потрібні потужні монтажні крани;

- вартість збірного залізобетону значно вища, ніж монолітного.

Вертикальні зазори між збірними елементами заповнюються цементним розчином при сухому способі виконання робіт. При мокрому способі зовнішню пазуху траншеї заповнюють цементно-піщаним розчином, а внутрішню - пісчано-гравійной сумішшю. Зовнішнє заповнення надалі служитиме як гідроізоляція.

Застосовують два варіанти збірно-монолітного рішення:

- нижня частина споруди до певного рівня складається з монолітного бетону, вище розміщені конструкції - із збірних елементів;

- збірні елементи застосовують у вигляді опалубки-облицювання, яку встановлюють до внутрішньої поверхні траншеї, зовнішня порожнина заповнюється монолітним бетоном.

При будівництві тунелів і замкнутих в плані споруд після улаштування зовнішніх стін ґрунт витягується з внутрішньої частини споруди і його відвозять у відвал, днище бетонують або влаштовують фундаменти під внутрішні конструкції споруди.

3.2.2 Струйна цементація ґрунтів (jet-grouting – заливка розчину по принципу реактивного потоку)