DWGФОРМАТ | ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Технология строительства сооружений способом «стена в грунте»

Способ «стена в грунте» (рис. 1) наиболее эффективен при устройстве противофильтрационных завес и возведении заглубленных сооружений, устройстве фундаментов и подпорных стен в неустойчивых грунтах. Сущность данного способа заключается в том, что узкие выемки для будущих стен и фундаментов роются на полную глубину, в выемках устраиваются стены, под защитой которых затем разрабатывается котлован, монтируются или бетонируются перекрытия, устанавливается оборудование, производятся отделочные, санитарно-технические, электромонтажные и другие работы. Отпадает необходимость устройства откосов котлована и обратной засыпки пазух. За счет снижения объемов работ снижается трудоемкость и стоимость возведения здания или сооружения.

1. Возведение подземных сооружений методом «стена в грунте»
а — этапы возведения сооружений; б — временное крепление стен распорками, подкосами, анкерами; УГВ — уровень грунтовых вод; I— IV — этапы возведения

Обычно стены, возведенные таким образом, оказываются достаточно прочными, чтобы предотвратить обрушение грунта при разработке котлована. Для сооружений, для которых после удаления грунта устойчивость стен не гарантируется (даже при наличии перекрытий), по мере разработки котлована устанавливаются распорные крепления, подкосы или грунтовые анкеры. Устройство таких стен может быть осуществлено без удаления и с удалением грунта. В первом случае стены в грунте могут устраиваться в горизонтальной, вертикальной или наклонной плоскостях, и не только предохранять выработки от обрушения грунта, но и служить в качестве противофильтрационной завесы.

Для образования противофильтрационных стен используют бурильно-крановые машины с пустотелой буровой штангой, оборудованной смесительным буром с режущими и перемешивающими лопастями. После пробуривания скважины до проектной отметки через буровую штангу к ее основанию растворнасосом нагнетается водоцементная суспензия. При обратном подъеме штанги с вращением перемешивающие лопасти раскрываются, грунт перемешивается с суспензией и в дальнейшего затвердевает, образуя грунтобетонную сваю, изготовленную на месте без выемки грунта.

В результате последовательного изготовления ряда примыкающих друг к другу свай в грунте получают довольно прочную стену, препятствующую обрушению грунта и просачиванию грунтовой воды. При работе в малосвязных грунтах бурильно-крановая установка может быть оборудована несколькими штангами, что позволяет существенно ускорить процесс возведения грунтовой стены.

Стены, сооружаемые по технологии с извлечением грунта, подразделяются на свайные и траншейные, возводимые сухим или мокрым способом. Сухой способ устройства свайных стен может быть применен при работе в устойчивых малоувлажненных грунтах с бетонированием без обсадных труб по следующей технологической схеме: сначала бурят скважины по периметру сооружения через промежутки, примерно равные диаметру скважин, затем армируют и бетонируют сваи, разрабатывают грунт в промежутках между забетонированными скважинами (обычно плоскими двухлопастными грейферными ковшами), после чего армируют и бетонируют промежутки. На рис. 2а приведены конструкции свайных стен со сваями, располагаемыми на разном расстоянии друг от друга.

2. Устройство свайной «стены в грунте»
а — конструкции стен; б — погружение и наращивание трубы; в — разгрузка грунта; г — установка арматурного каркаса; д — извлечение трубы; е — окончание бетонирования и демонтаж секций трубы

При устройстве свай без обсадных труб в неустойчивых обводненных грунтах в скважину после бурения закачивают раствор бентонитовой глины, который, циркулируя по скважине, выносит разрушенный буром грунт и укрепляет стенки скважины. По монолитной трубе (способом подводного бетонирования) в скважину подается бетонная смесь и одновременно поднимается труба. Соприкасаясь с глинистым раствором, цемент из смеси не вымывается и бетон после этого не теряет своей проектной прочности.

При устройстве свай в обсадной трубе бурение производится через промежутки, не превышающие диаметр ствола сваи. Устройство свай в обсадной трубе с извлечением грунта (см. рис. 2) можно осуществлять в любых условиях без применения глинистого раствора, поэтому такая технология доминирует во многих зарубежных строительных фирмах. Сначала с помощью лебедки и погружателя устанавливают и погружают две секции обсадной трубы, используя момент вращения и продольное усилие погружателя, затем поочередно извлекают и погружают все секции трубы. С помощью бурового снаряда извлекают грунт из обсадной трубы, периодически опорожняя защитный кожух, устанавливают арматурный каркас, производят бетонирование, в процессе которого, используя момент вращения и извлекающее продольное усилие погружателя, извлекают обсадную трубу собственной лебедкой и демонтируют секции трубы.

После бетонирования свай (через одну) в промежутках между изготовленными (нечетными) сваями бурят скважины, устанавливают арматуру и производят бетонирование промежуточных (четных) свай. Примыкая друг к другу, сваи образуют сплошную стену с волнистой поверхностью.

Траншейные стены возводят из монолитного или сборного железобетона сухим или мокрым способом, в зависимости от свойств грунта и его влажности.

3. Устройство траншей монолитной «стены в грунте»
1 — бетонирование стены; 2 — установка армокаркаса; 3 — установка ограничителей; 4 — рытье траншей; 5 — устройство воротника

Монолитные стены сухим способом (рис. 3) устраивают в связных необводненных грунтах поточным методом по захваткам длиной до 6 м. Технологическая схема работ включает в себя следующие операции:

Вертикальность труб обеспечивается переносным кондуктором. Трубы могут быть снабжены как глубинными, так и поверхностными вибраторами.

Мокрым способом устраивают стены в водонасыщенных неустойчивых грунтах, обычно требующих закрепления стенок траншеи от обрушения при разработке грунта и укладке бетонной смеси. Траншею заполняют тиксотропным глинистым раствором, что позволяет отказаться от таких работ, как забивка шпунта и водопонижение.

Частицы разрушенного грунта или выбуренной породы, отделяясь от забоя, взвешиваются в глинистом растворе и поднимаются наверх. После очистки от грунта (регенерации) раствор вновь поступает в траншею. Находясь в траншее, тиксотропный глинистый раствор кольматирует (закупоривает) поры ее стенок, что позволяет сохранить устойчивость траншеи в период устройства стены.

Для приготовления глинистых растворов рекомендуется применять бентонитовые глины, поставляемые на стройку в виде порошка, а при отсутствии их — местные, так называемые комовые, глины, которые должны быть предварительно исследованы в лаборатории для установления их соответствия установленным требовании. Местные, менее дорогостоящие, глины чаще всего применяют для приготовления глиняных суспензий при разработке траншей ковшовыми машинами.

До начала проведения основных работ по возведению монолитных стен «мокрым» способом на объекте должны быть выполнены следующие виды работ: расчистка и выравнивание строительной площадки; устройство временных сооружений для приготовления, хранения и очистки глинистого раствора, дорог и проездов, сетей временного электро- и водоснабжения; разбивка и закрепление на местности осей сооружения; устройство конструкций, обеспечивающих устойчивость верхних кромок траншеи (форшахты или воротника).

Кроме того, должны быть решены вопросы, связанные с подбором состава глинистой суспензии и организацией так называемого глинистого хозяйства, включающего в себя устройство для приготовления суспензии, ее хранение и подачу в траншею, откачку зашламованной суспензии, ее очистку и др.

Работы могут быть организованны циклично по захваткам (через одну) или непрерывным потоком. В первом случае сначала возводят стены нечетных секций, затем — четных.

На границе каждой секции по ее осям забуривают скважины, затем между готовыми скважинами под глинистым раствором производят разработку грунта экскаватором с удлиненной рукоятью или штанговым грейфером. Обязательным условием при производстве работ должно быть поддерживание уровня глинистого раствора в траншее не ниже 0,1… 0,2 м от верха форшахты. После разработки грунта устанавливают ограничители, арматурные каркасы (или каркасы с приваренными ограничителями) и производят укладку бетона методом вертикально перемещаемой трубы.

Глинистый раствор при этом выжимается наверх и подается насосами на сепаратор для очистки и повторного использования. Когда бетон в нечетных секциях наберет необходимую прочность, с той же технологической последовательностью выполняются работы в четных секциях.

При бетонировании следует выполнять следующие технологические требования: бетонолитная труба по всей длине должна быть заполнена бетонной смесью; не допускаются перерывы в бетонировании более 1 ч; закупорка смеси в трубе устраняется включением вибраторов или встряхиванием за счет быстрого подъема и опускания трубы на высоту 0,1 …0,15 м.

После окончания бетонирования верхний, загрязненный шламом слой бетона толщиной до 30 см удаляют.

Для рытья круглых и прямолинейных замкнутых в плане траншей сооружений целесообразно применять гидромеханизированные траншеекопатели, процесс работы которых состоит из следующих операций: установка траншеекопателя на геометрическую ось отрываемой траншеи, забуривание рабочего органа машины на полную глубину траншеи, рытье траншеи на величину захватки.

Для организации непрерывного потока при проходе прямолинейных протяженных траншей используются специальные бурофрезерные машинные комплексы, в том числе с подъемом грунта гидромеханизированными способами. На рис. 4 приведена схема производства работ при возведении монолитной железобетонной «стены в грунте» под слоем глинистого раствора с использованием специализированного машинного комплекса СВД-500.

4. Производство работ непрерывным потоком
1 — забетонированный блок; 2 — установки для заполнения траншеи бетоном; 3 — транспортная бадья для бетона; 4 — кран грузоподъемностью 7… 10 т; 5 — ограждающий шаблон; 6 — ситогидроциклонная установка; 7 — пульпоотводящий рукав; 8, 15 — канаты; 9, 16 — блоки; 10 — направляющий шаблон; 11 — рама; 12 — гусеничный кран; 13, 14 — лебедки подъема стрелы и грузовая; 17 — электробур; 18 — породоразрушающий инструмент

Прямолинейная траншея шириной 0,5 м и глубиной 20 м выбуривается фрезерованием по вертикали породоразрушающим инструментом (перьевыми или шарошечными долотами). Грунт после разработки во взвешенном состоянии удаляется через пульпопровод в ситогидроциклонную установку, где производится отделение шлама. Очищенная глиняная суспензия возвращается в траншею для повторного использования.

При бетонировании траншею с помощью труочатых ограждающих шаблонов разделяют на отдельные захватки (секции) длиной до 5 м. Шаблоны должны удерживать давление бетонной смеси, предотвращать ее утечку и обеспечивать водонепроницаемость стыка.

Бетонирование осуществляется методом В ПТ. Нижний конец бетонолитной трубы должен быть постоянно заглублен в бетонную смесь: при глубине бетонирования до 10 м не менее чем на 0,7 м; при глубине до 20 м — не менее чем на 1,2 м. Бетонная смесь должна иметь подвижность 14… 16 см, для чего в нее вводятся пластифицирующие добавки.

По мере повышения уровня бетонирования трубу поднимают и лишние звенья удаляют. После достижения бетоном стены прочности 1,5 МПа трубчатые ограждающие шаблоны извлекают, стыки бетонируют инъекционым или вибронагнетательным методом.

Применение при методе «стена в грунте» вместо монолитного железобетона сборных элементов позволяет индустриализировать и ускорить процесс строительства заглубленных сооружений, сократить объемы земляных работ, исключить из технологического цикла трудоемкий процесс бетонирования на строительной площадке, повысить прочность и водонепроницаемость их несущих и ограждающих конструкций, а также качество отделки фактурных поверхностей, так как сборные элементы изготавливаются на стационарном оборудовании в заводских условиях.

Технология устройства стен из сборных железобетонных панелей мало отличается от способа возведения монолитных стен — вначале таким же образом устраивают крепление верхних кромок траншеи (воротник или форшахта), а затем под глинистым раствором роют траншею на всю глубину, устанавливают и закрепляют сборные стеновые панели и устраивают по ним верхний монолитный пояс.

Особенности технологий, применяемых зарубежными строительными фирмами, зависят от конструкций сборных стеновых панелей и методов их стыковки. Например, заделка вертикальных стыков панелей может производится методом восходящего раствора (ВР) с вытеснением из закрытого стыка глиняной суспензии; монтаж стеновых панелей осуществляют в траншее, заполненной специально подобранными медленно твердеющими растворами, которые заполняют стыки панелей и пространство между ними и стенками траншеи; после монтажа стен заменяют глиняную суспензию цементно-песчаным раствором и т.д.

5. Технологическая схема метода «стена в грунте» (сборный вариант)
1 — облицовка пионерной траншеи; 2 — наружная забутовка глинощебеночным материалом; 3 — сборная панель; 4 — внутренняя забутовка песчано-гравийной смесью; 5 — монтажный шаблон-двутавр; 6 — направляющий кондуктор; 7 — траншея, заполненная глинистым раствором; 8 — штанговый экскаватор; 9 — ковш экскаватора; 10 — сдвоенная бетонолитная труба; 11 — нижнее (фундаментное) защемление панели бетоном

Получившая наибольшее распространение в отечественной практике технология сборных «стен в грунте» предусматривает следующий порядок работ (рис. 5):

Разработку грунта внутри сооружения под защитой возведенных стен в зависимости от степени обводненности грунта можно организовать по трем схемам. По первой схеме грунт разрабатывают экскаваторами или бульдозерами и выдают на поверхность кранами в бадьях или вывозят автосамосвалами по пандусам. Вторая схема предусматривает разработку грунта грейферами, при необходимости с одновременным водоотливом или водопонижением. Способ выдачи грунта грейферами из-под воды может быть использован лишь при большом притоке воды, когда организовывать водоотвод или водопонижение экономически нецелесообразно. При третьей схеме используют гидромеханический способ с разработкой грунта гидромониторами, т.е. ведут разработку по технологии, нередко применяющейся при строительстве опускных колодцев.

Следует отметить, что гидромеханизированную разработку грунта можно организовать, если есть возможность сброса пульпы, на строительной площадке имеется необходимое количество воды и электроэнергии. Поэтому чаще всего разработку грунта ведут экскаваторами и бульдозерами в осушенных забоях одним-двумя экскаваторами или одним экскаватором и одним бульдозером.

При опускании землеройных машин в забой используют экскаваторы на гусенечном ходу. При разработке сильно увлажненных грунтов с малой несущей способностью под гусеницы экскаватора укладывают настил.

При разработке влажного грунта землеройными механизмами, опущенными вниз неглубокой выемки, предпочтение отдается экскаваторам, оборудованным обратной лопатой или драглайном, так как такими экскаваторами легче устраивать зумпфы для открытого водоотлива, а сами экскаваторы будут располагаться на более высоких отметках. При разработке сухих грунтов имеет преимущество экскаватор с прямой лопатой в связи его более высокой производительностью по сравнению с экскаватором, оборудованным обратной лопатой или драглайном, особенно при разработке неглубоких котлованов и возможности вывоза грунта автотранспортом.

При значительном заглублении сооружения возможна совместная работа экскаватора, опущенного на дно выемки, и крана, расположенного на дневной поверхности земли. При разработке грунт помещается в саморазгружающие бадьи вместимостью, соответствующей грузоподъемности крана. Поднятый на поверхность грунт отвозится автосамосвалами в отвал или используется для подсыпки и планировки территории строительной площадки.

Однако более предпочтительной представляется схема разработки, при которой используется экскаватор с грейферным ковшом объемом 0,5… 1 м3, располагающийся на дневной поверхности земли. Такими экскаваторами можно разрабатывать как сухой, так и влажный грунт, в том числе находящийся под слоем воды. Имеющиеся в распоряжении строителей грейферные экскаваторы, в том числе не только с канатной подвеской, но и с гидравлическим приводом и жесткой телескопической штангой, позволяют разрабатывать грунты на глубине 30… 40 м. Так, грейферным оборудованием на базе экскаватора ЭО-5122 с дневной поверхности земли можно разрабатывать траншеи шириной до 1 м и глубиной 25 м; грейферные установки французской фирмы «Потен», имеющей довольно тесные контакты с российскими строителями, способны разрабатывать грунт на глубине до 30 м, а машиной ВРН 40-60 итальянской фирмы «Сойлмек» можно производить разработку грунта на глубине 40 м.

Как правило, грейферами разрабатывают грунты 1-й и 2-й групп. Для грунта 3-й группы используют специальные тяжелые грейферы объемом более 1 м3, лопасти которых для лучшего рыхления грунта снабжаются специальными стальными зубьями. При рыхлении грунта бульдозерами могут применяться обычные грейферы.

На рис. 6 приведена схема разработки грунта внутри сооружения (заглубленной автостоянки) грейферным ковшом с канатной подвеской. Экскаватор располагается на дневной поверхности земли на одной постоянной позиции, без перемещений. Грунт разрабатывается и подталкивается к экскаваторному забою бульдозером. По мере углубления уровня разработки грунта устраиваются перекрытия, въездные и выездные пандусы; лифты и другое оборудование устанавливаются после полной разработки котлована и устройства бетонной подушки по грунту, гидроизоляции и силовой плиты. Параллельно с земляными осуществляются монтажные работы по возведению надземной части сооружения. Отделочные процессы выполняются отдельным специализированным потоком после окончания всех работ по устройству несущих конструкций.

6. Разработка грунта внутри заглубленного сооружения, возводимого методом «стена в грунте»

Заделку стыков между смежными стеновыми панелями при устройстве «сборной стены в грунте» осуществляют изнутри сооружения поярусно по направлению сверху вниз по мере разработки и удаления грунта. В пределах каждого яруса высотой 1… 1,5 м стыки замоноличивают снизу вверх методом торкретирования, пневмонабрызга или инъекцирования. Перед заделкой стыки очищают от материала засыпки (песок, щебень), протирают и промывают напорной струей воды. Узкие щели проконопачивают. При инъекцировании устанавливают металлическую опалубку, имеющую отверстия для инъекции раствора.

Давление при инъекцировании должно не менее чем на 30 % превышать гидростатическое давление грунтовых вод. Применяемая иногда заделка стыков под глинистой суспензией в период монтажа стен не обеспечивает высокого качества соединения сборных элементов, так как качество заделки фактически не контролируется, в каких-то местах прочность стыков может оказаться очень низкой, а, как известно, прочность и водонепроницаемость всей конструкции определяется самым слабым ее участком.

(*) Источник: Г. К. Соколов, А. А. Гончаров. Технология возведения специальных зданий и сооружений

Exit mobile version