Способы крепления ограждающих конструкций

Для обеспечения устойчивости ограждающей конструкции при глубине котлована более 4 - 6 м необходимо применять ее крепление распорными или анкерными конструкциями.

К преимуществам распорных систем перед анкерными следует отнести следующие: их устройство проще, дешевле и не требует специальной технологии и специального оборудования, они могут многократно использоваться. Поэтому там, где это возможно, предпочтение следует отдавать распорным системам.

Хорошо зарекомендовали себя наклонные распорки с упором на фрагмент днища котлована или на специально выполненную свайную опору.

Применение анкерного крепления ограждающих конструкций котлованов взамен распорных систем во многих случаях дает ряд технико-экономических преимуществ, важнейшими из которых являются:

- нет ограничений по ширине котлована;

- расширяется фронт разработки грунта в котловане строительной техникой;

- отсутствуют какие-либо помехи при монтаже конструкций сооружения;

- отпадает необходимость в перекладке распорных элементов;

- применение там, где это возможно, одностороннего крепления ограждения котлована;

- достигается существенный технико-экономический эффект в последующих технологических операциях по возведению подземного сооружения (земляные работы, монтаж строительных конструкций), что обеспечивает существенное сокращение сроков строительства.

Анкеры могут устанавливаться во всех грунтах за исключением слабых (глины текучей консистенции, илы, заторфованные грунты и торфы, просадочные грунты).

Скважины для установки анкера образуют путем бурения (с обсадными трубами, под глинистым раствором, шнеком) или забивкой или вдавливанием обсадной трубы.

Наиболее широко применяются инъекционные предварительно напряженные грунтовые анкеры, в которых закрепление в грунте создается путем нагнетания в рабочую зону твердеющих растворов, как правило, на основе портландцементов. Такие анкеры обладают целым рядом преимуществ: экономичностью, хорошим сцеплением затвердевшего цементного раствора с тягой, высокой несущей способностью, образованием защитного слоя от коррозии.

В зависимости от грунтовых условий следует применять однократную, двукратную или многократную (в глинистых грунтах) инъекцию раствора давлением 2 - 3 МПа.

С целью повышения темпов работ и качества заделки в цемент рекомендуется вводить добавки для ускорения сроков твердения, снижения усадки, использовать расширяющийся цементный состав.

Применяемая фирмой «Рита» (г. Москва) технология устройства анкеров предусматривает заполнение скважины твердеющим раствором в зоне заделки с обработкой ее импульсными разрядами с энергией 40 кДж и одновременным доливом цементного раствора. В результате происходит расширение скважины, увеличение поглощения и плотности раствора, а соответственно и несущей способности анкера.

При использовании для крепления ограждающих конструкций прядевых анкеров их расчетная нагрузка составляет при числе канатов 3 - 5 до 800 кН, при числе канатов 5 - 7 до 1000 - 1200 кН.

В стержневых анкерах расчетная нагрузка составляет до 350 кН при одностержневом варианте и до 600 кН при 2-х стержневой конструкции.

Несущая способность анкеров может быть повышена при применении специального насосного оборудования, способного создавать высокое давление (до 10 МПа) для нагнетания твердеющего раствора, и путем введения в раствор различных добавок.

Прогрессивным методом крепления вертикальных и крутопадающих грунтовых стен котлованов глубиной до 12 - 15 м является использование в качестве подпорной конструкции самого грунта, укрепленного системой арматурных стержней - нагелей. Область применения метода по грунтовым условиям - связные глинистые грунты от твердой до пластичной консистенции при отсутствии водоносных и трудно осушаемых песчаных прослоев.

Армирование грунта стальными стержнями осуществляется постепенно по мере разработки котлована. Для защиты грунтовой стены от местных вывалов между нагелями в период экскавации ее поверхность покрывается набрызг-бетонной облицовкой или устраивается сборный экран из плит, а также могут использоваться полимерные рулонные материалы.

Достоинством метода является его простота и экономичность, т.к. нет необходимости в специально возводимой ограждающей стенке и ее дополнительном креплении. С применением этого вида крепи сооружен ряд объектов метрополитена, возводимых котлованным способом, в гг. Москве, С.-Петербурге и других крупных городах.

В ОАО «ЦНИИС» (г. Москва) разработана методика и расчетная программа по проектированию нагельного крепления, а также Руководство по технологии его возведения.

Тема 2. «Применение современных методы ограждения глубоких котлованов. «Методы строительства способами «сверху-вниз» и «вверх-вниз»

Способы строительства подземных сооружений «сверху-вниз» и «вверх-вниз» позволяют отказаться от крепления ограждения котлована временными распорными конструкциями или анкерными креплениями, т.к. в качестве распорной системы для ограждения котлована здесь используются междуэтажные перекрытия. Для второго из способов, кроме того, существенно сокращаются сроки строительства.

Эти методы строительства являются наиболее щадящими по отношению к близлежащей существующей застройке, обеспечивая минимальные, по сравнению с другими способами крепления котлованов, осадки существующих зданий и сооружений.

При способе строительства подземных сооружений «сверху-вниз» (полузакрытый способ) могут быть использованы три основных технологических приема, определяющих порядок возведения монолитных железобетонных перекрытий и поярусной разработки грунта под их защитой.

Первый прием базируется на опережающем возведении перекрытий по отношению к поярусной разработке грунта в котловане, при этом бетонирование перекрытий осуществляется безопалубочным методом непосредственно на подготовленном грунтовом основании (рис. 1.5).

Второй прием предполагает опережающую поярусную разработку грунта и последующее возведение перекрытий с помощью инвентарной опалубки, опирающейся на подготовленное грунтовое основание.

Третий прием - комбинированный и сочетает в себе как элементы технологии возведения перекрытий безопалубочным методом, так и с опиранием инвентарной опалубки на подготовленное грунтовое основание (рис. 1.6).

Из трех приемов наиболее эффективен второй, позволяющий существенно снизить трудоемкость, продолжительность процесса и стоимость экскавации котлована.

Разработка грунта в котловане под защитой перекрытий производится малогабаритными экскаваторами и обычными бульдозерами, а выдача грунта - с помощью грейферного экскаватора через монтажные отверстия в перекрытиях.

Особое внимание должно уделяться предварительной подготовке грунтового основания перед бетонированием перекрытия или установкой опалубки, которая может осуществляться песчаной подсыпкой, втрамбовыванием щебня, укладкой слоя низкомарочной бетонной смеси или цементно-песчаного раствора.

Рис. 1.5. Способ строительства подземного сооружения «сверху-вниз»

Разработка грунта на третьем ярусе котлована под защитой перекрытий над 1 - 3 подземными этажами, возведенными безопалубочным методом

Рис. 1.6. Способ строительства подземного сооружения «сверху-вниз» по комбинированной технологии

Параллельное возведение перекрытия над 3-м подземным этажом и разработка грунта на третьем ярусе котлована

Метод строительства «вверх-вниз» предусматривает строительство зданий с несколькими подземными этажами за счет одновременного сооружения этажей вверх и вниз от уровня поверхности земли с устройством ограждения котлована способом «стена в грунте», которое часто служит стеной подземной части здания. Строительство таким методом позволяет сократить общие сроки строительства здания в целом до 30 %.

Строительство по схеме «вверх-вниз» начинается с устройства траншейных «стен в грунте» по периметру сооружения и промежуточных буровых опор (колонн). Траншейные стены и буровые колонны служат опорами будущих конструкций верхнего строения. Далее начинается открытая разработка грунта на первом подземном ярусе и параллельно захватками возводится перекрытие над первым этажом (в уровне земли). При достижении бетоном перекрытия в уровне земли 75 % прочности, на нем в специально усиленной зоне стационарно устанавливается башенный кран. По достижении бетоном перекрытия 100 % прочности начинается возведение конструкций наземных этажей и одновременно ведется строительство второго и последующих подземных этажей по одному из трех технологических приемов, описанных выше.

Методы строительства способами «сверху-вниз» и «вверх-вниз» успешно применены на целом ряде объектов строительства в г. Москве.

Тема 3. «Применение струйной цементации (технологии «jet-grouting») в подземном строительстве»

Технология струйной цементации или технология «jet-grouting» заключается в разрушении и перемешивании грунта высоконапорной струей цементного раствора, исходящего под высоким давлением из монитора, расположенного на нижнем конце буровой колонны. В результате в грунтовом массиве формируются сваи диаметром 0, 6 - 1, 0 м из нового материала - грунтобетона с достаточно высокими несущими и противофильтрационными характеристиками.

Устройство свай из грунтобетона выполняется в два этапа: производство прямого (бурение скважины) и обратного хода буровой колонны. В процессе обратного хода производят подъем колонны с одновременным ее вращением. При этом поднимают давление цементного раствора, который поступает в сопла монитора, создающие струю с высокой кинетической энергией.

Сваи, образуемые с использованием струйной технологии, могут быть круглого сечения, трехлопастные, четырехлопастные, винтообразные, а также секущиеся. Комбинирование трех- и четырехлопастных свай создает ячеистые структуры, которые могут быть использованы в качестве несущих конструкций благодаря вовлечению в работу грунта, находящегося в ячейках.

Технология струйной цементации может быть эффективно применена при решении следующих задач подземного строительства:

- сооружение одиночных свайных фундаментов;

- сооружение ленточных в плане конструкций типа «стена в грунте»;

- устройство анкерных креплений;

- укрепление грунта вокруг строящихся подземных сооружений;

- усиление оснований и фундаментов существующих зданий;

- проведение противооползневых мероприятий;

- создание противофильтрационных завес.

- цементационное упрочнение разрушенных скальных грунтов;

- уплотнение стыков между панелями траншейных «стен в грунте».

К основным преимуществам технологии относятся следующие: высокая производительность, простота, экономичность, возможность работы в стесненных условиях (вблизи существующих зданий, в подвалах), отсутствие негативных ударных воздействий.

Конструкция ограждения котлована может выполняться из одного ряда секущихся грунтоцементных свай (например, диаметром 800 мм с шагом 650 мм) или с расположением свай меньшего диаметра в два ряда в шахматном порядке. Для крепления такого ограждения также могут быть применены грунтоцементные сваи, наклоненные под углом 30 - 45° к вертикали. Сваи ограждения и крепления объединяются поверху монолитной железобетонной обвязочной балкой.

Для повышения устойчивости стен, выполненных методом струйной цементации, применяют их армирование стальными трубами диаметром 500 - 600 мм или прокатными балками (h = 50 - 60 мм), располагаемыми с шагом 1, 5 - 2 м вдоль стены.

Оборудование для реализации струйной цементации включает: буровую установку, растворонасос с давлением нагнетания цементного раствора 400 - 700 атм, шланги высокого давления, монитор и керамические сопла.

Основные параметры струйной технологии с использованием импортного оборудования следующие:

- водоцементное отношение раствора - В/Ц = 1;

- плотность портландцемента М500 - 3 т/м³;

- диаметр сопел - 3, 2 - 4, 0 мм (количество сопел - 1 - 2 шт.);

- диаметр подающего шланга - 25, 4 мм;

- рабочее давление подачи раствора - 410 - 440 бар.

Применение технологии «jet-grouting» на ряде объектов Москвы в сложных инженерно-геологических условиях показало эффективность и перспективность этой технологии как при новом строительстве, так и при реконструкции зданий, выполняемых в условиях тесной городской застройки.

Тема 4. Применение основных методов проектирования городских подземных сооружений мелкого заложения.

Конструкции и технологии возведения городских подземных сооружений мелкого заложения (комплексов многоцелевого назначения, подземных гаражей и автостоянок, коммуникационных тоннелей, пешеходных переходов) должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- обеспечивать устойчивость стенок выработок в процессе проходки и эксплуатации сооружения;

- воспринимать нагрузки и воздействия от горного давления или толщи вышерасположенного грунта и наземного транспорта;

- обеспечивать водонепроницаемость обделок или их гидроизоляции;

- обеспечивать механизированную разработку грунта и возведение обделки;

- обеспечивать минимизацию нарушений поверхностных условий движения транспорта и пешеходов;

- исключать, по возможности, применение водопонижения, способного вызвать осадку поверхности грунта, наземных и подземных объектов;

- обеспечивать сохранность окружающего горного массива и близко расположенных наземных и подземных объектов;

- обеспечивать высокие скорости проходки, сокращение материалоемкости, трудоемкости и сроков строительства;

- обеспечивать соблюдение экологических, санитарно-технических и пожарных требований.

Строительство подземных сооружений мелкого заложения должно базироваться на применении индустриальных технологий с использованием современной проходческой техники, монолитных или сборных железобетонных конструкций обделок, комплексной механизации всех основных процессов и специализации отдельных видов работ, внедрении в производство работ новых строительных материалов.

При этом весь комплекс подземного сооружения должен возводиться в единых конструктивных и технологических решениях, взаимно увязанных между собой.