Технология строительства подземных сооружений

4.2.1. Технология «стена в грунте»

Технология «стена в грунте» применяется при возведении заглубленных сооружений в условиях городской застройки: подпорные стенки, противофильтрационные завесы, тоннели мелкого заложения, котлованы, подземные гаражи, пешеходные переходы, ёмкости для хранения жидкостей и др.).

Сущность технологии: в грунте устраиваются выемки и траншеи различной конфигурации в плане, которые заполняются ограждающими конструкциями из монолитного или сборного железобетона; внутреннее земляное ядро разрабатывается землеройными машинами, после чего выполняются основные проектные конструкции. Конструктивно технология «стена в грунте» разделяется на два вида: свайный и траншейный.

Схема образования непрерывных стенок

- пересекающиеся сваи 1 – первая проходка, 2 – вторая

Сначала забуриваются скважины первой проходки на

расстоянии 1,5Д (по осям), потом второй проходкой пробуриваются объединяющие скважины. В скважины опускается арматура и производится бетонирование методом «вертикально перемещающейся трубы» ВПТ.

Траншейный способ предусматривает разработку узких траншей специальной землеройной техникой (многоковшовыми экскаваторами, грейфером и др.) с последующим армированием и бетонированием траншей. При этом способе может применятся вертикальная установка (монтаж) в траншеи сборных железобетонных плит.

Траншеи могут разрабатываться двумя проходками (аналогично свайному способу) или непрерывной прорезью с секционным заполнением.

заполнение разработка направление движения экскаватора

бетон перемычка

Технология «стена в грунте» применяется для сооружений любой длины и конфигурации. В качестве захватки принимается секция бетонирования. Длина секции зависит от производительности бетоноукладочного комплекса.

В зависимости от свойств грунта и его влажности применяют два метода возведения «стен в грунте».

Сухой – применяется в сухих, маловлажных грунтах, без применения глинистых растворов.

Мокрый – применяется с водонасыщенных, неустойчивых грунтах. Устойчивость стенок выемок и траншей обеспечивается заполнением их глинистыми растворами с тиксотропными свойствами. Тиксотропность – способность раствора загустевать в состоянии покоя и сдерживать стенки от обрушения, а при динамических воздействиях разжижаться. Глинистый раствор приготовляется из бентонитовых глин на глиномешалках, с добавлением химических реактивов (соды, крахмала, ССБ и др.). После очистки от песка и крупных включений раствор перекачивается в ёмкости для хранения (объёмом до 10м³), откуда поступают в траншею (скважину). После использования раствор направляется в ёмкость- отстойник, узел очистки (вибросита) и на повторное использование. Обычно используется глинопорошок заводского изготовления.

Очерёдность производства работ:

Сухой способ

1. Разбивка участка на захватки (по производительности землеройного оборудования) – 3…6м длиной.

2. Разработка грунта с устройством форшахты (укрепление верха траншеи).

3. Заполнение выемки проектным материалом (буронабивные сваи, сборные железобетонные элементы, монолитный бетон с армированием).

Мокрый способ

1. То же, с учётом:

а) обеспечения устойчивости траншей;

б) принятой интенсивности производства работ;

в) используемых типов машин;

г) конструкции и назначения «стены в грунте».

1. Разработка грунта с установкой перемычек между захватками экскаватором «обратная лопата», грейфером, роторным рабочим органом, буровой установкой.
2. Нагнетание тиксотропного раствора с помощью грязевых и центробежных насосов производительностью 6…200м³/час (вместе с разработкой грунта).
3. Арматурные работы.
4. Опускание в траншею бетонолитных труб и бетонирование методом ВПТ (вертикально-перемещаемой трубы).
5. Монтаж сборных элементов (как вариант).
6. Откачка насосами отработанного тиксотропного раствора, очистка и вторичное использование.
7. Разработка котлована (или другое инженерное мероприятие по проекту).

При использовании мокрого метода необходимо учитывать следующее:

- инженерно-геологическое строение должно быть изучено на глубину 1,5Н+5м, где Н –глубина заложения основного сооружения. Рекомендуемая сетка скважин 20х20м (для линейных сооружений через 20м);

- мокрый способ не применим при наличии грунтов с кавернами, пустотами, илистых, рыхлых, насыпных; если в грунте имеются обломки строительных конструкций, металл, выходы скалы; при небольших глубинах котлована (до 3…5м), если можно использовать более простые и дешёвые способы разработки котлована;

- наличие грунтов или его прослоек, разрабатываемость которых выше технологических возможностей землеройной техники.

Конструкции крепления верха траншей (форшахт)

а) упор б )

ж/б упор

ж/б

элемент

в+50 500 в+50 500

в) ж/б элемент

а) переносная

б) баночная

в) Г - образная

4.2.2. Технология устройства опускных колодцев.

При строительстве сооружений иногда возникает необходимость устройства мощных или глубоко заложенных фундаментов в сложных гидрогеологических условиях. В этом случае прибегают к устройству опускных систем. Опускная система – ограждающая конструкция в виде бетонной, железобетонной или металлической оболочки, погружаемой в грунт, внутри которой создаётся рабочее пространство для ведения строительно-монтажных работ. Опускные системы выполняются в виде опускных колодцев или кессонов. Опускные колодцы – открытые сверху и снизу полые, как правило массивные, конструкции, погружаемые под действием собственного веса по мере удаления из полости грунта. Кессоны – тонкостенные конструкции, имеющие сверху герметичное перекрытие, образующее рабочую камеру с избыточным давлением, позволяющим работать под водой. Технология производства работ у опускных колодцев и кессонов схожая, поэтому рассмотрим только опускные колодцы.

Производство работ по устройству опускных колодцев разбивается на несколько циклов (строительных технологических комплексов):

1. Устройство основания под ножевую часть.

2. Бетонирование ножевой (опорной) части и

нижнего яруса опускного колодца.

3. Наращивание стенок опускного колодца.

4. Гидроизоляция стенок опускного колодца.

5. Опускание колодца.

6. Бетонирование днища опускного колодца.

стенкагрейфер Схема опускного

колодца

слабый грунт

рабочая

нож

песчаные сваи

Основание под ножевую часть.

При сооружении опускного колодца на слабых или неоднородных грунтах на предварительно спланированную площадку отсыпается песчаная подушка толщиной 0,3- 0,6м или устраиваются буровые песчаные (гравийные) сваи. Песчаные материалы отсыпаются слоями 0,2 м (подушка)…0,5м (сваи) с обязательным уплотнением. Бурение скважин под сваи производится буровыми станками по технологии принятой в ППР. Засыпка песчаной смеси в скважину ведётся через бункер-воронку, после отсыпки смесь увлажняется (для повышения эффекта уплотнения).

Для уменьшения и равномерной передачи на поверхность грунта давления от первого яруса опускного колодца до начала работ по его бетонированию (монтажу) под ножевую часть должно быть подготовлено специальное временное основание в виде деревянных, бетонных, железобетонных подкладок, сегментов, колец или других опорных конструкций.

Поперечные деревянные подкладки укладываются по периметру ножа кольца на предварительно выполненную песчаную подушку. Подкладки могут быть выполнены из окантованных брёвен или брусьев. Длина подкладок (L_п) принимается в зависимости от толщины стен ( В_ст )опускного колодца :

L_п = В_ст + (0,5…1м),

Железобетонное опорное кольцо выполняется разрезным (участками не более 1,5м) по песчаной подушке. Ширина железобетонного кольца составляет 0,8…1,2м.

Бетонирование опорной части.

Опорная часть опускного колодца является самой ответственной конструкцией, поэтому её изготовление выделяется в отдельный цикл. Конструктивно это нижний ярус колодца с выступом (12…15см), который обеспечивает полость с наружной стороны, которая используется для технологических потребностей (создание тиксотропной рубашки). В любом случае опорная часть изготавливается из монолитного железобетона. Нижний торец колодца (нож) представляет собой стальной скошенный элемент, связанный с арматурой.

Перед началом бетонирования устанавливается разборно-переставная опалубка или тонкостенные плиты-оболочки (несъёмная опалубка). Арматурные работы начинаются после установки внутренней стороны опалубки, а заканчиваются с установкой верхнего яруса наружной стороны опалубки. Бетонирование производится стандартными методами (технологиями) на основе комплексной механизации бетоноукладочных работ. Предпочтение следует отдавать современным высокопроизводительным машинам (автобетононасосам с телескопическими стрелами).

Распалубливание разрешается после приобретения бетоном 70% прочности.

Наращивание стенок опускного колодца

После изготовления опорной части производится начальное погружение колодца. В этот период отрабатывается и уточняется технология производства работ и принятая схема механизации.

Дальнейшее наращивание стенок опускного колодца производится в соответствии с проектом: путём монолитного бетонирования стенок или монтаж сборных железобетонных элементов.

В зависимости от местных условий и объёмов работ приготовление бетонной смеси может производится на центральном бетонном заводе или в непосредственной близости от опускного колодца. На современном этапе строительства наиболее предпочтительно применение мобильных бетонных заводов различной производительности и комплектации. Транспортирование смеси производится автобетоновозами или в контейнерах (на небольшое расстояние). Доставка смеси к месту укладки ведётся бетононасосами или кранами в бадьях.

Бетонирование стен ведётся по ярусам отдельными блоками по длине яруса или последовательно по всему периметру. В обоих случаях бетонирование должно производится послойно, слоями толщиной 25-50см, но не больше чем 1,25 длины рабочей части вибратора. Толщина слоёв выбирается в зависимости от интенсивности бетонирования и своевременного перекрытия слоёв бетонирования. Наращивание и разбор опалубки решается в ППР, так как зависит от принятой опалубочной системы.

Стенки опускных колодцев из сборных железобетонных элементов конструктивно выполняются из пустотных блоков, заполняемых бетоном или из вертикальных сплошных панелей. Для закрепления железобетонных элементов в верхней части опорного яруса устраивается паз, в который и устанавливаются элементы. Монтажные работы ведутся при помощи гусеничных, пневмоколёсных или башенных кранов. Для обеспечения вертикальности при монтаже панелей, для фиксации элементов и временного раскрепления применяют специальные кондукторы.

Дальнейшее опускание колодца производят только после достижения бетоном омоноличивания проектной прочности и устройства гидроизоляции.

Гидроизоляция стенок

Гидроизоляция стенок опускных колодцев должна выполнятся до их опускания. Конструктивно (в зависимости от назначения) гидроизоляция может быть металлическая, торкрет-гидроизоляция, пропиточная синтетическими составами.

Металлическая выполняется с внутренней стороны колодца и при бетонировании может служить опалубкой.

Торкрет-изоляция наносится в несколько слоёв специальными агрегатами (марка цемента не ниже 400) по технологии установленной в ППР.

Пропитка осуществляется в несколько приёмов.

Погружение колодца.

Погружение опускных колодцев в грунт является наиболее сложным и ответственным процессом при их строительстве. Перед погружением необходимо провести распалубочные работы, снять колодец с искусственного основания (подкладок), установить землеройное водоотливное и другое специальное оборудование. Последовательность удаления подкладок должна быть такой, чтобы не произошло перекоса кольца. При погружении грунт разрабатывается слоями равномерно по всей площади колодца.

Сухие грунты разрабатываются землеройной техникой внутри колодца и удаляются краном-грейфером или в бадьях. Обводнённые грунты разрабатываются средствами гидромеханизации (землесосом, гидромонитором) или с водоотливом. В этом случае предусматривается система водоотвода с мощными насосами. В практике строительства часто применяют водопонижение иглофильтровыми установками.

Систематический контроль за погружением колодца ведут с помощью рисок, нанесённых на стенки или нивелировочных контрольных реек, закреплённых по концам двух взаимно перпендикулярных диаметров кольца. Колодцы при погружении могут накренятся, поэтому проверку вертикальности следует производить на всех этапах погружения.

С целью уменьшения трения по наружной поверхности стен возможно применять способы нагнетания тиксотропного раствора, устройства полимерных покрытий и обмазок (снижают трение на 25...50%).

Кроме способа естественного погружения под действием собственного веса используют более прогрессивный (но более дорогой) способ принудительного погружения с помощью домкратов (вдавливания).

Устройство днища.

Устройство днища опускного колодца является завершающей операцией. При сухих грунтах производится бетонирование по щебёночной подготовке и гидроизоляция металлическими листами.

При разработке рыхлых водонасыщенных грунтов возможны наплывы грунта из-под ножа, что затрудняет устройство днища. В этом случае вначале устраивают бетонную подушку, укладываемую методами подводного бетонирования: восходящего раствора или вертикально перемещающейся трубы. После набора её бетоном достаточной прочности воду из колодца откачивают и под прикрытием подушки устраивают гидроизоляцию, а затем насухо бетонируют днище.