Технология возведения зданий и сооружений

1.ВВЕДЕНИЕ.

Патенты на устройство «стены в грунте» под защитой бентонитовой суспензии впервые были получены немецкими учеными Брандтом и Раннемом в 1912 году. В 1936 году Летцтерр разработал машины для изготовления «стена в грунте» непрерывным способом.

В начале пятидесятых годов 20-го столетия профессоры Федер и Грац изобрели метод изготовления «стена в грунте» без использования обсадных труб, а профессор Лоренц предложил метод изготовления «стена в грунте», применяемые в настоящее время.

В настоящее время застройка городской площади и работы по реконструкции существующих объектов сориентированы на возведение высотных зданий и строительства заглубленных сооружений методом "стена в грунте" вместо традиционных способов — "открытый котлован" или "опускной колодец".

Способом "стена в грунте" называют разработку глубоких узких траншей под глинистым раствором с последующим заполнением их заглинизированным грунтом, грунтобетоном, монолитным бетоном или железобетоном.

Многообразие заглубленных сооружений позволяет широко использовать прогрессивный способ в промышленном, гражданском и гидротехническом строительстве: устройство заглубленных частей зданий и сооружений, подземные галереи; колодцы насосных станций; подземные резервуары и т.д.

Данный способ рекомендуется использовать для защиты от загрязнений грунтовых вод инфильтрационными водами из различного рода отстойников, шламохранилищ, иловых площадок; для предотвращения фильтрации в обход гидротехнических сооружений; защиты от подтоплений и заболачивания территорий и магистральных каналов, водохранилищ или инфильтрации.

Использование способа "стена в грунте" вместо традиционных методов выполнения работ при сооружении подземных помещений способствует снижению сметной стоимости до 25%, подпорных стен и ограждений — до 50%, противофильтрационных завес — до 65%.

Способ позволяет отказаться от дорогостоящих работ по водоотливу, водопонижению, замораживанию и цементированию грунтов, дает возможность экономить дефицитные материалы, металлический шпунт, снижает энергоемкость строительства, а в отдельных случаях является единственно возможным способом возведения подземного сооружения.

Наиболее трудоемкой и дорогостоящей операцией этого метода остается образование узкой глубокой траншеи в грунтах на глубину до 50 м, шириной 0,5—1,2 м. Для этих целей используют траншеепроходческое оборудование, в основе работы которого — ударный, вибрационный, режущий и водовоздушный принципы разработки грунта в узкой траншее.

В пособии использованы материалы НИИСП Украины, ГПИ "Укрводоканалпроект", ГПИ "Приднепровский промстройпроект", проектной конторы Укрспецстройпроект гипроводстроя, а также строительных организаций Минтяжстроя, Минпромстроя, Минводхоза. Использован опыт других проектных организаций, разработки лаборатории заглубленных сооружений кафедры МАСП Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Стена в грунте является особым видом подземных сооружений, применяемых в строительстве различных зданий промышленного и гражданского назначения. Стена в грунте может быть использована в качестве несущей или ограждающей конструкции, противофильтрационной завесы и в ряде других случаев.
Материалом для изготовления стен в грунте служат бетон, железобетон, грунт, цементно-глинопесчаные растворы, битумные смеси и т, п. в зависимости от ее назначения и характера работы сооружения.

Подземные сооружения в зависимости от гидрогеологических условий и глубины заложения осуществляют разными способами, основные из которых открытый, «стена в грунте» и способ опускного колодца.

Сущность технологии «стена в грунте» в том, что в грунте устраивают выемки и траншеи различной конфигурации в плане, в которых возводят ограждающие конструкции подземного сооружения из монолитного или сборного железобетона, затем под защитой этих конструкций разрабатывают внутреннее грунтовое ядро, устраивают днище и воздвигают внутренние конструкции.

Формы стен в грунте и их размеры также определяются их назначением (рис.1) и, кроме того, применяемым при изготовлении стен в грунте оборудованием и способом их устройства. В практике строительства наиболее распространены два типа конструкций стен в грунте — свайные, образованные секущимися буронабивными сваями, и траншейные. Толщина свайных стен составляет, как правило, 0,5—2 м, а глубина может достигать 80 м. Толщина траншейных стен может быть 0,2—1 м, а глубина их редко превышает 15—20 м.



Рис. 1. Конструкция бетоно-свайных и траншейных противофильтрационных завес
а — отдельная скважина — свая; б — прямолинейная стенка

- свайный, когда ограждающая конструкция образуется из сплошного ряда вертикальных буронабивных свай;

При изготовлении свайных стен применяют отечественное или импортное оборудование, например станки «Беното», которые позволяют устраивать стены методом секущихся свай. Под защитой обсадных труб изготовляются две буронабивные сваи с расстоянием между ними в свету менее одного диаметра сваи. После этого бурится скважина между ними, захватывая часть сечения уже изготовленных свай, причем бурение для упрощения производства работ ведется по свежесхватившемуся бетону. После окончания бурения скважина бетонируется, завершая изготовление участка стены. При необходимости сваи в стене могут быть армированы металлическим каркасом.

- траншейный, выполняемый сплошной стеной из монолитного бетона или сборных железобетонных элементов.

Технология перспективна при возведении подземных сооружений в условиях городской застройки вблизи существующих зданий, при реконструк­ции предприятий, в гидротехническом строительстве.
С использованием технологии «стена в грунте» могут сооружаться:
- противофильтрационные завесы;

- туннели мелкого заложения для метро;

- подземные гаражи, переходы и развязки на автомобильных дорогах;

- емкости для хранения жидкости и отстойники;

- фундаменты жилых и промышленных зданий.

В зависимости от свойств грунтов и его влажности применяют два вида возведения стен - сухой и мокрый.

Сухой способ, при котором не требуется глинистый раствор, применяется при возведении стен в маловлажных устойчивых грунтах.

Свайные стены могут возводиться как сухим, так и мокрым способом, при этом последовательно бурится и бетонируется каждая свая.

Мокрым способом возводят стены подземных сооружений в водонасыщенных неустойчивых грунтах, обычно требующих закрепления стенок траншей от обрушения грунта в процессе его разработки и при укладке бетонной смеси. При этом способе в процессе работы землеройных машин устойчивость стенок выемок и траншей достигают

заполнением их глинистыми растворами (суспензиями) с тиксотробными свойствами. Тиксотробность - способность раствора загустевать в состоянии покоя и сдерживать стенки траншей от обрушения, но и разжижаться от колебательных воздействий.

В выемках, отрытых до необходимых глубины и ширины под глинистым раствором, этот раствор постепенно замещают, используя в качестве несущих или ограждающих конструкций

монолитный бетон, сборные элементы, различного рода смеси глины с цементом или другими материалами.

Наилучшими тиксотробными свойствами обладают бентонитовые глины. Сущность действия глинистого раствора заключается в том, что создается гидростатическое давление на стенки траншеи, препятствующее их обрушению, кроме этого на стенках образуется практически водонепроницаемая пленка из глины толщиной 2...5 мм. Глинизация стенок выемок позволяет отказаться от таких вспомогательных и трудоемких работ, как забивка шпунта, водопонижение и замораживание грунта.

При отрывке траншей используют оборудование циклического и непре­рывного действия; обычно ширина траншей составляет 500...1б00 мм, но может доходить до 1500...2000 мм.

Для разработки траншей под защитой глинистого раствора применяют землеройные машины общего назначения - грейферы, драглайны и обратные лопаты; буровые установки вращательного и ударного бурения и специальные ковшовые, фрезерные и струговые установки.

Буровое оборудование позволяет устраивать «стену в грунте» в любых
грунтовых условиях при глубине заглубления до 100 м. '

Нецелесообразно применять метод «стена в грунте» в следующих случаях:

1. в грунтах с пустотами и кавернами, на рыхлых свалочных грунтах;

2. на участках с бывшей каменной кладкой, обломками бетонных и железо­бетонных элементов, металлических конструкций и т.д.;

3. при наличии напорных подземных вод или зон большой местной фильт­рации грунтов.

Наиболее простая технология работ при устройстве противофильтрационных завес, которые обычно выполняются из монолитного бетона, глин тяжелых, ломовых и твердых. Назначение завес - предохранение плотин от проникновения воды за тело плотины.

Противофильтрационная завеса может быть применена при отрывке кот­лованов для предохранения их от затопления подземными водами. Отпадает потребность в замораживании грунта или понижения уровня грунтовых вод иглофильтровыми понизительными установками. Завеса - решение постоян­ного действия, в то время как остальные методы используются только на период производства работ, хотя грунтовые воды могут быть очень агрес­сивными.

Работы по отрывке траншей, как и производство последующих работ, в случае близкого расположения фундаментов существующих зданий выпол­няют отдельными захватками, обычно через одну, т.е. первая, третья, вторая, пятая, четвертая и т.д.

Длину захватки бетонирования назначают от 3 до 6 м и определяют по следующим критериям:

1. условиям обеспечения устойчивости траншеи;

2. принятой интенсивности бетонирования;

3. типу машин, разрабатывающих траншею;

? конструкции и назначению «стены в грунте».
Последовательность работ при устройстве монолитных конструкций по методу «стена в грунте» (рис. 1):

1. забуривание торцевых скважин на захватке;

2. разработка траншеи участками или последовательно на всю длину при постоянном заполнении открытой полости бетонитовым раствором с огра­ничителями, разделяющими траншею на отдельные захватки;

3. монтаж на полностью отрытой захватке арматурных каркасов и опус­кание на дно траншеи бетонолитных труб;

4. укладка бетонной смеси методом вертикально перемещаемой трубы с вытеснением глинистого раствора в запасную емкость или на соседний, раз­рабатываемый участок траншеи.

Арматура - пространственный каркас из стали периодического профиля
должен быть уже траншеи на 10... 12 см. Перед опусканием арматурных
каркасов в траншею стержни целесообразно смачивать водой для уменьшения толщины налипаемой глинистой пленки и увеличения сцепления арматуры с бетоном.

Бетонирование осуществляют методом вертикально перемещаемой трубы с непрерывной укладкой бетонной смеси и равномерным заполнением смесью всей захватки снизу вверх.

Бетонолитные трубы - металлические трубы диаметром 250...300 мм, толщина стенок 8... 10 мм, горловина - на объем трубы, съемный клапан ниже горловины, пыжи из мешковины.

Ограничители размеров захватки:

? при глубине траншеи до 15 м трубы диаметром, меньшим ширины тран­шеи на 30...50 мм; их извлекают через 3...5 ч после окончания бетонирования на захватке, и образовавшаяся полость сразу заполняется бетонной смесью;

? при глубине траншеи до 30 м устанавливают ограничитель в виде сталь­ного листа, который приваривается к арматурному каркасу; при необходимо­сти лист усиливается приваркой швеллеров.

При длине захватки более 3 м бетонирование обычно осуществляют че­рез две бетонолитные трубы одновременно. Для повышения пластичности бетона и его удобоукладываемости применяют пластифицирующие добавки - спиртовую барду, суперпластификаторы.

Перерывы в бетонировании - до 1,5 ч летом и до 30 мин - зимой.

Бетонную смесь укладывают до уровня, превышающего высоту конст­рукции на 10... 15 см для последующего удаления слоя бетона, загрязненного глинистыми частицами. При использовании виброуплотнения вибраторы укрепляют на нижнем конце бетонолитной трубы. При трубах длиной до 20 м применяют один вибратор, при длинах до 50 м - два вибратора.

Трубы на границе захваток обязательно извлекают. Раннее извлечение приводит к разрушению кромок образовавшейся сферической оболочки, что нежелательно, а позднее приводит к защемлению трубы между бетоном и землей и требуются значительные усилия для ее

извлечения. Поэтому часто просто ставят неизвлекаемые перемычки из листового железа, швеллеров или двутавров, обязательно привариваемых к арматурным каркасам соору­жения.

Иногда для укрепления устья траншеи от разрушения и осыпания уст­раивают из сборных элементов или металла форшахты - оголовки траншей глубиной до 1 м для усиления верхних слоев грунта, или это траншея с укре­пленными на глубину до 1 м верхними частями стенок.

Недостатки монолитного решения «стены в грунте»: ухудшается сцеп­ление арматуры с бетоном, так как на поверхность арматуры налипают час­тицы глинистого раствора; много сложностей возникает при производстве работ в зимних условиях, поэтому, когда позволяют условия, используют сборный и сборно-монолитные варианты.

Применение сборного железобетона позволяет:

? повысить индустриальность производства работ;

? применять конструкции рациональной формы: пустотные, тавровые и двутавровые;

? иметь гарантии качества возведенного сооружения.

Недостатки сборного железобетона: требуется специальная технологи­ческая оснастка для изготовления изделий, каждый раз своего сечения и длины; сложность транспортирования изделий на строительную площадку; требуются мощные монтажные краны; стоимость сборного железобетона значительно выше, чем монолитного.

Вертикальные зазоры между сборными элементами заполняются це­ментным раствором при сухом способе производства работ. При мокром способе наружную пазуху траншеи заполняют цементно-песчаным раствором, а внутреннюю - песчано-гравийной смесью. Наружное заполнение в дальнейшем будет служить в качестве гидроизоляции. Применяют два варианта сборно-монолитного решения:

1) нижняя часть сооружения до определенного уровня состоит из моно­литного бетона, вышележащие конструкции - из сборных элементов;

2) сборные элементы применяют в виде опалубки - облицовки устанавли­вают к внутренней поверхности траншеи, наружная полость заполняется монолитным бетоном.

При строительстве туннелей и замкнутых в плане сооружений после уст­ройства стен грунт извлекается из внутренней части сооружения и его отво­зят в отвал, днище бетонируют или устраивают фундаменты под внутренние конструкции сооружения.

Рис.1. Технологическая схема устройства стены в грунте:

1-устройство форшахты (укрепление верха траншеи); 2 — рытье траншеи на длину |захватки;

3 — установка ограничителей (перемычек между захватками); 4 — монтаж арматурных каркасов;

5 — бетонирование на захватке методом вертикально перемещаемой трубы

3. Заглубленные сооружения, возводимые, но методу "стена в грунте".

Основными признаками для классификации заглубленных сооружений и их конструкций являются назначение сооружения, объемно-планировочное и конструктивное решение, примененные материалы.

По назначению заглубленные сооружения, возводимые методом "стена в грунте", можно классифицировать следующим образом:

- промышленные — подземные этажи и фундаменты промышленных зданий, скиповые ямы, установки непрерывной разливки стали, колодцы для дробильных цехов горно-обогатительных комбинатов, бункерные ямы под вагоноопрокидыватели; технологические галереи, туннели и др.;

- жилищно-гражданские — подземные этажи и фундаменты жилых и общественных зданий, закладываемых на глубину до 30 м;

- транспортные — подземные переезды и переходы под улицами с интенсивным движением, станции и туннели метрополитенов мелкого заложения; подземные автомагистрали;

подземные автогаражи и автостоянки и другие подсобные сооружения, закладываемые на глубине до 25—30 м;

- гидротехнические — водозаборы и насосные станции, располагаемые в берегах рек, водохранилищ и озер; противофильтрационные диафрагмы, устраиваемые как в теле, так и в основании гидротехнических подпорных сооружений на реках, в прудах-накопителях для промышленных сточных вод, не поддающихся очистке и загрязняющих поверхностные и подземные воды; каналы и дренажные коллекторы; противооползневые и многие другие подобные инженерные сооружения.

По конфигурации эти сооружения и конструкции разделяют на:

- линейные, состоящие только из одной протяженной стены (противофильтрационные диафрагмы, подпорные стены, ленточные фундаменты глубокого заложения и другие подобные сооружения);

- линейно-протяженные, имеющие две протяженные ограждающие стены, обычно параллельные друг другу (галереи, коллекторы для совмещенной прокладки инженерных сетей, туннели с вертикальными стенами и др.);

- сооружения колодезного типа с вертикальными стенами — круглые, прямоугольные и многоугольные в плане (подземные этажи зданий, подвалы, колодцы дробильных цехов горно-обогатительных комбинатов, бункерные ямы, насосные станции и станции метро), колодезные опоры глубокого заложения и другие сооружения.

По отношению к водоупору стены в грунте подразделяются на совершенные, доведенные до водоупорного пласта (естественного или искусственного) и плотно врезанные в него, несовершенные (висячие), не доведенные до водоупорного пласта.

По материалу наиболее распространены:

- железобетонные несущие ограждающие стены сооружений, воспринимающие вертикальные и горизонтальные нагрузки;

- бетонные, воспринимающие вертикальные нагрузки, а также служащие одновременно противофильтрационными диафрагмами;

- глиногрунтовые, являющиеся противофильтрационными, которые выполняются из естественных или искусственных водоупорных глиногрунтовых материалов, а при их отсутствии — из суглинков в сочетании с синтетическими пленками.

По конструкции "стены в грунте" могут быть:

- буронабивные;

- монолитные бетонные, состоящие из отдельных плотно сопряженных между собой секций;

- монолитные железобетонные, состоящие из отдельных плотно сопряженных между собой секций с непрерывной горизонтальной арматурой, проходящей через стыки секций, или с горизонтальной арматурой, прерывающейся в стыках секций;

- сборные одноярусные — из панелей плоских, ребристых и коробчатых с вертикальными стыками между ними;

- сборные многоярусные — из панелей плоских, ребристых и коробчатых с вертикальными и горизонтальными стыками;

- сборные, состоящие из колонн с боковыми пазами;

- сборные из блоков с вертикальными пустотами-ячейками, омоноличенные армированным бетоном в вертикальных колодцах-пустотах;

- комбинированные многоярусные с ярусами из разных материалов: обычно нижний ярус из глиногрунтовых материалов или бетона (только противофильтрационный), а верхние ярусы, одновременно несущие и противофильтрационные, — из сборного или монолитного железобетона.

Конструктивные решения подземных сооружений представлены на рис. 1.1.

Способы возведения сооружений методом "стена в грунте"

Метод "стена в грунте" характеризуется как различными способами выполнения отдельных технологических процессов, так и общей последовательностью их осуществления. При строительстве стен в грунте в разных условиях выполняются следующие основные технологические процессы:

- бурение одиночных скважин насухо в устойчивых грунтах, а в неустойчивых — под глинистой суспензией или с применением обсадных труб с использованием соответственно шнековых, ударных или вращательных (лопастных и шарошечных долот) буровых станков;

- разработка коротких траншей под глинистой суспензией способом секущихся скважин;

- разработка горизонтальными слоями сверху вниз под глинистой суспензией коротких траншей отдельными захватками через одну грейферами или длинных траншей пионерным способом, то есть сразу на всю глубину с непрерывным наращиванием длины траншеи (обратной лопатой, драглайном, многоковшовым или штанговым экскаватором, а также бурофрезерными машинами);

- устройство монолитных стен в грунте отдельными секциями из твердеющих материалов (бетон, железобетон) или пионерной отсыпкой нетвердеющих материалов (глиногрунтовых, при необходимости в сочетании с пленками);

- устройство сборных железобетонных стен из плоских, ребристых, коробчатых панелей, иногда в сочетании с направляющими колоннами.

На основе этих процессов созданы следующие основные способы строительства стен в грунте:

- "секущихся свай", при котором буронабивная стена составляется из вертикальных свай, расположенных в одном створе при частичной врезке свай второй очереди в сваи первой очереди;

- монолитных стен в грунте путем строительства их отдельными секциями в траншеях из "секущихся скважин";

одноярусных "сборных стен в грунте" с рабочим стыком между стеновыми плоскими и ребристыми панелями и с нерабочими стыками;

- сборных многоярусных стен в грунте с рабочими вертикальными и горизонтальными стыками между стеновыми панелями;

- сборномонолитных стен в грунте из коробчатых стеновых панелей с рабочими их стыками и замоноличиванием вертикальных пустот-колодцев;

- комбинированных стен в грунте, сочетающих в себе верхние ярусы несущих стен при нижнем противофильтрационном ярусе;

- комбинированных стен заглубленных сооружений в водоносных пластах большой или неограниченной мощности с созданием на требуемой глубине в основании искусственного водоупора.

Эффективная область применения метода "стена в грунте"

Эффективность метода "стена в грунте" может проявляться двояко: когда метод "стена в грунте" является единственным технически возможным методом строительства и его нельзя заменить никаким другим методом, а также когда из нескольких технически возможных методов строительства заглубленного сооружения метод "стена в грунте" является наиболее эффективным по выбранному критерию сравнения. В первом случае область эффективности называют областью незаменимости метода "стена в грунте". Во втором — областью сравнительной экономической эффективности.

К области незаменимости метода "стена в грунте" относятся, в частности, следующие случаи:

- сооружение имеет в плане большие размеры и очень сложную конфигурацию, что исключает возможность успешного применения метода опускного колодца из-за большой вероятности его частых перекосов при опускании, а большая глубина заложения сооружения в водонасыщенных неустойчивых грунтах и сжатые сроки исключают возможность строительства его в открытом котловане;

- сооружение имеет разную ступенчато- или плавно меняющуюся глубину заложения стен по его периметру, что также исключает возможность его возведения методами опускного колодца и в открытом котловане;

- сооружение закладывается на значительную глубину в сильно проницаемых суффозионных и подверженных выпору грунтах в условиях отсутствия в его основании водоупорных пластов для сопряжения с ними противофильтрационных шпунтовых или ледопородных диафрагм;

- сооружение большого размера в плане и большой глубины строится в суровых климатических условиях при длительном периоде морозов, что практически исключает его возведение опускным методом из-за опасности примерзания конструкций к окружающему грунту, а возведение его в открытом котловане невозможно в требуемые сроки из-за сильных морозов;

- строительство сооружения производится в непосредственной близости от существующих зданий и сооружений на стесненной площадке, когда опускной метод и строительство в открытом котловане исключаются из-за возникновения опасности нарушить устойчивость смежных сооружений (эти случаи наиболее часты в связи с реконструкцией и расширением промышленных предприятий и подземных объектов в городах);

- сооружение является незамкнутым, то есть линейным или линейно-протяженным (противофильтрационная диафрагма, подпорная стенка или галерея), осуществление которого методом опускного колодца вообще невозможно, а сооружение в открытом котловане также заведомо исключается из-за явной технической нецелесообразности (большие глубины заложения);

- сооружение представляет собой канализационный коллектор, который необходимо уложить в короткие сроки в неустойчивых водонасыщенных грунтах в глубокой траншее при отсутствии металлического шпунта.

Из приведенных примеров незаменимости метода "стена в грунте" видна особо важная роль, которую играет этот метод в техническом прогрессе строительства заглубленных сооружений.

Исследования показали, что метод "стена в грунте" при разных грунтовых условиях, разных размерах сооружений в плане и по глубине заложения имеет область применения более широкую, чем методы строительства в открытом котловане и опускного колодца .

Наряду с выяснением области незаменимости или сравнительной эффективности метода "стена в грунте" следует установить также и область неприменимости этого метода:

- крупнообломочные грунты с пустотами между отдельными камнями, не заполненными мелкозернистыми грунтами, в результате чего глинистая суспензия с большими скоростями проваливается в грунт и траншею создать не удается;

- карстовые грунты с пустотами, которые также могут служить путями для утечки глинистой суспензии, в результате чего ее горизонты в траншее не удается поддержать на нужном уровне, что приводит к быстрому обрушению стенок траншеи;

- текучие илы, особенно когда они залегают у поверхности земли;

- насыпные грунты на территории современных и древних свалок, имеющие включения твердых, в частности металлических предметов, таких как рельсы и балки, а также пересекающие трассу траншеи, подземные сооружения и инженерные сети, перенос которых невозможен;

- твердые включения, в частности валуны, если их размеры превышают 150—200 мм.

Преимущества метода "стена в грунте" настолько велики, что поиски путей преодоления приведенных выше ограничительных факторов ведутся очень интенсивно.

...

4. Область применения

Метод "стена в грунте" предназначен для возведения заглубленных в грунт сооружений различного назначения. Сущность его заключается в том, что стены заглубленного сооружения возводят в узких и глубоких траншеях, вертикальные борта которых удерживаются от обрушения при помощи глинистой суспензии, создающей избыточное гидростатическое давление на грунт и выполняющей роль крепления траншеи.

После устройства в грунте траншей необходимых размеров их заполняют (в зависимости от конструкции и назначения сооружения) монолитным железобетоном, сборными железобетонными элементами или глиногрунтовыми материалами. В результате этого в грунте формируют несущие стены сооружений или противофильтрационные диафрагмы. Метод "стена в грунте" используется при возведении подземных частей и конструкций промышленных, энергетических и гражданских зданий, гидротехнических, транспортных, водопроводно-канализационных инженерных сооружений. В промышленном строительстве методом "стена в грунте" возводятся:

- для комплексов черной металлургии — туннели окалины, скиповые ямы доменных печей, подземные части бункерных эстакад и установок грануляции шлаков, подземные части установок непрерывной разливки стали, корпуса приема и первичного дробления руды, склады для хранения сыпучих материалов;

- для энергетики — вагоноопрокидыватели, транспортерные галереи, атомные реакторы, емкости для хранения отходов;

- для легкой и машиностроительной промышленности — рециркуляционные каналы прядильных фабрик, технологические подвальные помещения, коммуникационные туннели.

Широкое применение метод "стена в грунте" находит при возведении гидротехнических и водопроводно-канализационных сооружений, таких как водозаборы, водопроводные и канализационные насосные станции, емкостные сооружения и сооружения для очистки воды и стоков, противофильтрационные диафрагмы для защиты от утечки воды и стоков в окружающий грунт, а также противофильтрационные диафрагмы для защиты карьеров и котлованов от притока грунтовых вод.

Метод "стена в грунте" обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами строительства:

- появляется возможность устройства глубоких котлованов в непосредственной близости от существующих зданий и сооружений, что особенно важно при строительстве в стесненных условиях, а также при реконструкции сооружений;

- резко уменьшается, а в некоторых случаях отпадает необходимость в устройстве водопонижения или водоотлива;

уменьшаются объемы земляных работ;

- отпадает необходимость в устройстве обратных засыпок и, следовательно, исключаются неравномерные осадки и просадки полов и отмосток в процессе их эксплуатации;

- появляется возможность одновременно производить работы по устройству надземных и подземных частей зданий, что резко сокращает сроки их строительства.

 

5. Машины и оборудовании.

Для проходки скважин при устройстве стен в грунте, состоящих из секущихся свай, могут быть использованы практически все буровые машины, применяемые для устройства буронабивных свай, описанные в главе VI. Наибольшее распространение при устройстве стен в грунте и противофильтрационных завес в СССР получили станки ударно-канатного бурения, такие, как
УКС-22М, УКС-ЗОМ, БС-1М. Схема устройства бетоносвайных стен показана на рис. VI-10.



Рис. VI-10. Схема устройства свайных стенок
а — выбуренная порода; 1 — буровой станок; 2 —штанга; 3— долото; 4—насос; 5—вибрационное сито; 6 — направляющая труба; I — скважины первой очереди; II—скважины второй очереди

Устройство непрерывных траншейных стен и противофильтрационных завес для отрывки траншей осуществляется драглайнами, грейферами (разработанными «Фундаментпроектом», НИИСП Госстроя УССР и др.), машинами ВНИИГС, ВИОГЕМ.
В энергетическом строительстве бурение скважин, образующих непрерывную, траншею производит агрегат СВД-500, разработанный Киевским проектно-конструкторским отделом института Гидропроект. Агрегат предназначен для устройства стенок различного назначения; он выпускается Челябинским механическим заводом Главэнергостроймеханизации предприятием Министерства энергетики и электрификации СССР.
Агрегат СВД-500 состоит из следующих основных частей: экскаватора Э-505 (или Э-652) со снятой стрелой, рамы, направляющего шаблона, эрлифтной системы, а также бурового агрегата, который представляет собой электробур со встроенным приводом. Для выполнения работ агрегатом необходимо также иметь два компрессора ДК-9 и глиномешалку МГ-2-4. Общий вес агрегата 480 ООО Н.

Ниже приведена техническая характеристика агрегата СВД-500.

Ширина траншеи, мм 480—500
Глубина, м до 20
Производительность, м/ч 0,5—2
Мощность привода буровой машины, кВт . 94
Частота вращения бура, об/мин 256
Вес буровой машины, Н . . . * * » 24 500
Производительность эрлифта, м3/ч .... 300—600

Выбуренная агрегатом непрерывная траншея для бетонирования разделяется на отдельные элементы с помощью трубчатого разделительного шаблона, извлекаемого после твердения бетона. Методы бетонирования аналогичны применяемым при других способах устройства стенок

Машины и оборудование применяемые за рубежом.



Рис. VI-11. Схема сооружения траншей методом ELSE
а, б — разработка траншеи; в — разработка удлинения траншеи; г — бетонирование; 1 — направляющая мачта; 2 —скреперный ковш; 3 — бентонитовый раствор; 4 — бетон

Метод ELSE основан на использовании специального скреперного ковша, передвигающегося по жесткой направляющей мачте (рис. VI-11). Направляющая мачта опускается в траншею по мере ее разработки. При необходимости мачта может разбивать крупные включения породы. Грунт вынимается ковшом из-под бентонитового раствора. Ширина траншеи определяется размерами ковша и может достигать 0,4; 0,5; 0,7; 0,8 м. Максимальная глубина траншеи 25 м. Траншеи чаще всего разрабатываются секциями длиной 3—6 м, но можно, переставляя агрегат, прорезать и непрерывную траншею.

Преимущество метода — отсутствие шума и вибраций. Однако валуны и крепкие породы являются серьезным препятствием и ограничивают применение этого метода.



Рис. VI-12. Схема бурения траншей методом «Радио — Маркони»
1 — бентонитовый раствор; 2 — насос; 3 — долото; 4— опережающие скважины; I—пионерная траншея. Последовательность разработки показана стрелками

Метод «Радио — Маркони» (или «Солетанж») основан на ударном принципе бурения снарядом, совмещенным с эрлифтом (рис. VI-12). После выемки пионерной траншеи и заполнения ее бентонитовым раствором бурят по краям траншеи на полную глубину направляющие скважины. Затем буровая машина перемещается вдоль оси траншеи и слоями разрабатывает грунт. Бурение происходит с обратной циркуляцией глинистого раствора. Ударное бурение производится долотом, скользящим по неподвижной колонне всасывающих труб. Выбуренная порода и раствор подаются на очистную систему (вибросита и гидроциклоны) центробежным насосом. Буровая машина перемещается по рельсам и может делать траншеи прямолинейные и криволинейные в плане. Стенка возводится бурением и бетонированием вначале траншеи первой очереди с последующим замыканием оставшихся промежутков элементами второй очереди. Бетон укладывают способом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Французская фирма «Солетанж» выпускает специальные агрегаты для проходки траншей и скважин. Техническая характеристика наиболее распространенного агрегата CLS-58, следующая:
Глубина бурения скважин, м . w « , до 150
Ширина траншеи, м » 0,5—1,2
Грузоподъемность лебедок, кг ... . 2000 и 2500
Производительность насосов:
циркуляционного, м3/ч 480
вспомогательного, м3/ч 14,8
вакуумного, л/мин 1800
гидроциклонного, л/мин . , . . . 2500
Скорость передвижения, м/мин .... 1,32—2,57
Установленная мощность двигателей,
кВт до 196
Производительность агрегата, м2/ч . . 0,5—4



Рис. VI-13. Схема устройства траншей методом «ИКОС — Федер»
а — бурение опережающей скважины; б — разработка траншеи грейфером; в — бетонирование траншеи; г — разпаботка долотом с раздвижными кромками промежутка между забетонированными элементами; 1 — долото; 2—насос; 3 — вибросито; 4 — бентонитовый раствор; 5 — опалубочная труба; 6 — долото с раздвижными кромками; 7 — бетон; 8 —

опережающие скважины. Направление движения материалоз (бентонитового раствора, бетона) показано стрелками

Метод «ИКОС-Федер» (рис. VI-13) основан на применении грейферного бурения под бентонитовым раствором. Грейферные ковши имеют удлиненную форму и большой вес. Челюсти ковша снабжены механическим или гидравлическим приводом. Грейфер подвешивается на канате, а для небольших глубин — на жесткой штанге. Из-за цикличности процесса разработки траншеи при ее углублении производительность агрегата снижается.
Метод «Титания» основан на использовании вращательного бурения. Для бурения скважины с обратной циркуляцией глинистого раствора на полную глубину буду- . щей траншеи колонна буровых труб оборудуется резцами, расположенными по всей ее высоте с небольшими промежутками. Одновременно с вращением буровой колонне сообщается движение вверх-вниз на 0,3—0,5 м (примерное расстояние между резцами), а весь агрегат медленно перемещается вдоль оси стенки, образуя траншею на всю глубину. Циркуляция глинистого раствора по трубам диаметром 150 мм обеспечивается насосом. Ширина траншеи 0,4—1 м. Весит агрегат около 60 000 Н. Рассматриваемый способ может применяться в легких грунтах при создании стенок на небольшую глубину. Бетонирование осуществляется отрезками длиной 2—6 м, которые отделяются специальным металлическим шаблоном.
Станки для бурения траншей способом, сходным с методом «Титания», выпускаются также фирмой «Зальцгиттер» ФРГ.
Оборудование аналогичного типа выпускается в ГДР, США и в других странах..

6. Реальный опыт.

На базе метода "стена в грунте" создаются новые оригинальные конструктивно-технологические решения по строительству заглубленных сооружений. Среди объектов различного назначения, построенных по методу "стена в грунте", такие крупные сооружения, как насосная станция Криворожского Южного горно-обогатительного комбината, корпус приема и первичного дробления, руды Грушевской обогатительной фабрики Никополь-Марганцевского ГОК, противофильтрационные диафрагмы хвостохранилища рудного карьера Ингулецкого ГОК и др.

За последние годы предприятием ОАО «НЬЮ ГРАУНД» накоплен значительный опыт закрепления грунтов с помощью струйной геотехнологии: закрепление (армирование) грунтов в основании фундаментной плиты при строительстве в Перми жилого дома по ул. 25 Октября, 17 и комплекса зданий по ул. Кирова, 33;усиление фундаментов при реконструкции с реставрацией памятника архитектуры «Конвойная команда» на пересечении ул. Сибирская и ул.Краснова; ограждение котлованов при строительстве зданий с подземными автостоянками по ул. Ленина, 76 (фото 1), ул. Кирова, 33 (фото 2) и ул. Кирова, 10.

Безаварийная разработка грунта в котлованах доказала правильность проектных решений, а также высокое качество выполненных строительных работ. Это обеспечило устойчивость бортов котлована без сооружения поперечных расстрелов и в последующем значительно облегчило выполнение бетонных работ. Армирование грунтобетонных свай обычно производится центрально расположенными трубами диаметром 73-219 мм.

ЯСУ "Гидроспецфундаментстрой" первым в стране освоил метод "стена в грунте" для возведения заглубленных сооружений и устройства противофильтрационных завес.

С применением этого метода ГСФС в последние несколько лет возведены противофильтрационные сооружения в Череповце, Осташкове, Кирово-Чепецке, Воронежской, Московской, Курской областях. Метод "стена в грунте" позволяет возводить заглубленные сооружения в непосредственной близости к существующим зданиям и сооружениям, а также внутри действующих цехов без остановки производства.

Этим методом ГСФС были возведены технологические сооружения на Карагандинском и Череповецком металлургических комбинатах, заводах "Серп и Молот" в Москве, энергетического машиностроения в Волгодонске, тяжелых механических прессов в Воронеже и других.

ЯСУ "Гидроспецфундаментстрой" обладает опытом устройства наплавных сооружений. С применением метода наплавного кессона возведен водозабор в г. Тутаеве под Ярославлем. На строительстве дамбы под Ленинградом по предложению ГСФС были применены металлические оболочки диаметром 15 м и высотой до 22 м.

ГСФС владеет также всем арсеналом средств, позволяющим осуществить любые работы по возведению:

причальных сооружений и набережных в виде больверков из металлического шпунта и частокола свай;

свайных ростверков с применением призматических, цилиндрических свай и свай-оболочек диаметром до 1800 мм;

гравитационных стен из массивовой кладки, массивовгигантов, ряжей, объемных сборных блоков и т.п.;

а также по прокладке дюкеров через реки, подводному равнению и укладке постелей и другим видам подводнотехнических работ.

Подобные объекты сооружены ГСФС в Северодвинске, Ленинграде, Архангельске, Красноярске, Кызыле и других городах.

Для выполнения указанных гидротехнических работ имеются необходимые средства:

плавучие краны грузопо­дъемностью до 100 тн;

водолазные стан­ции;

землеройная и буровая техника.

В последнее время ГСФС часто применяет метод "стена в грунте" для освоения подземного пространства городов - сооружения подземных гаражей, переходов, помещений под магазины, кафе, объектов социальной сферы.

В частности трестом возведены подобные объекты в самом центре Москвы - на Старой площади, Лубянке, Хомутовском переулке и т.д. При этом применяется обычно сборный вариант "стены в грунте" с использованием железобетонных панелей, выпускаемых Калужским заводом ЖБК. Устойчивость возводимых сооружений обеспечивается применением грунтовых анкеров или трубчатых распорок.

ГСФС располагает всем необходимым оборудованием для выполнения этого вида работ:

специальной землеройной техникой,

экскаваторами с напорным грейфером,

гидромеханизированными траншеекопателями,

пневмопробойниками,

мобильными глинорастворными уз­лами и т.п.

Указанная техника позволяет возводить несущие, ограждающие и противофильтрационные сооружения с заглублением их в грунт до 25 м и произвольной в плане формы.

На строительстве Лефортовского автодорожного тоннеля в г. Москве Мостоотряд–90 успешно применил технологию сооружения «стены в грунте» с использованием современного импортного оборудования. Представители немецкой фирмы «Бауэр», у которой было закуплено строительное оборудование, высоко оценили качество работ.
Эта новая технология экономит пространство и позволяет возводить подземные объекты, практически не занимая территорию за пределами их контура. В нашем случае вокруг стройки сохранено автомобильное движение, не нарушены придворовые территории, отсутствует вибрация и загазованность, минимизировано шумовое воздействие. Применение бентонитового раствора, обладающего большой проникающей и связывающей способностью, дает возможность разрабатывать глубокие траншеи без специального крепления и устраивать железобетонные стены в земле глубиной до 50 метров без разрытия котлована. Железобетонные стены могут быть как ограждающей конструкцией с анкерным креплением для стен глубоких котлованов (вместо шпунтового ограждения), так и несущей конструкцией, на которую опирается перекрытие.

Строительную технологию «стена в грунте»  целесообразно использовать для сооружения тоннелей, фундаментов зданий, гаражей, промышленных цехов, подземных хранилищ, портовых сооружений. Технические характеристики оборудования позволяют сооружать стены толщиной 60 – 80см и глубиной до 50м.

С применением этой технологии были реализованы следующие объекты:

Автодорожные тоннели в районе Лефортово

Жилой комплекс с подземной автостоянкой по адресу Малый Новопесковский пер. 8/17 «стена в грунте»

Жилой дом с подземной автостоянкой по адресу г. Москва, ул. Пырьева, вл.2 «стена в грунте»

Транспортная развязка на км 28,7 (подъезд к Внуково - 1) Путепровод на съезде №8

Устройство стены в грунте административного здания с подземной автостоянкой: г.Москва, Ракетный бульвар, вл.16,  стр.1

Возведение стены в грунте при строительстве торгово-досугового комплекса "Тройка": г.Москва, ул.Верхняя Красносельская д.3А

Строительство подземной части многофункционального жилого комплекса : г.Москва , ул.Малая Трубецкая влад.1

Заключение.

Применение метода «стена в грунте» обеспечивает снижение сметной стоимости строительства заглубленных сооружений до 25%, подпорных стен и ограждений до 50%, противофильтрационных диафрагм до 65% по сравнению с обычными проектными решениями.

Основными факторами, определяющими эффективность применения нового метода строительства, являются: уменьшение объёмов земляных работ вследствие уменьшения размеров котлованов; сокращение объёмов железобетонных работ в связи с соответствующим характером воздействия внешних сил на стены подземного сооружения; уменьшения объёмов или полное исключение работ по водопонижению; полное исключение шпунтовых ограждений; сокращение сроков строительства.

В результате сокращения объёмов и трудоёмкости работ достигается значительный экономический эффект.

Сложность сопоставления различных вариантов при выборе метода строительства заглубленных сооружений заключается в необходимости учета большого числа разнородных показателей, характеризующих сравниваемые технические решения. При воздействии заглубленных сооружений метод производства работ существенно влияет на конструктивные решения возводимых объектов, так и на выбор технологии и механизации производства работ, что в конечном итоге определяет эффективность выбранного варианта.

Поэтому при технико-экономической оценке нового метода строительства необходимо было учитывать все основные факторы, определяющие эффективность конструктивно-технологических решений. К таким факторам относится: Сметная стоимость строительства сооружений и их элементов; сроки выполнения строительно-монтажных работ; сопряженные затраты, вызванные необходимостью развития производственной базы в строительстве и промышленности строительных материалов, затраты на эксплуатацию сооружений, долговечность строительных конструкций.

Список литературы.

1. «СПРАВОЧНИК. ПО ОБЩЕСТРОИТЕЛЬНЫМ

РАБОТАМ. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ» Стройиздат, 1974

Научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений.

 2. Поляков В.И. и др. Машины для монтажных работ и вертикального транспорта: Справочное пособие по строительным машинам. - М. Стройиздат, 1981

3.B.C. Колесников, В.В. Стрельникова

ВОЗВЕДЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ МЕТОДОМ "СТЕНА В ГРУНТЕ" ТЕХНОЛОГИЯ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ

Учебное пособие

Волгоград 1999

4. http://www.mo90.ru/technologies/stena_v_grunte.