Классификация крепления котлованов

Ограждение по способу «стена в грунте»

Способ «стена в грунте» является одним из наиболее прогрессивных и универсальных для устройства подземных сооружений, возводимых в открытых котлованах.

По назначению различают три типа стен: несущие, ограждающие и противофильтрационные; по материалам - монолитные, сборные и сборно-монолитные.

Технология строительства состоит из пяти основных технологических этапов:

- разработка траншеи под защитой глинистого раствора;

- установка арматурного каркаса;

- заполнение траншеи монолитным или сборным железобетоном;

- разработка грунта в ядре сооружения с замоноличиванием стыков и устройством распорных конструкций;

- устройство днища внутренних конструкций.

Способ «стена в грунте» позволяет осуществлять строительство:

- в непосредственной близости от существующих зданий и сооружений;

- при значительной глубине сооружения (до 50 м);

- при больших размерах в плане и сложной форме сооружения;

- при высоком уровне подземных вод.

По грунтовым условиям «стена в грунте» может применяться в любых дисперсных грунтах за исключением:

- текучих глинистых грунтов, илов и плывунов;

- при наличии подземных вод с большими скоростями фильтрации.

При наличии грунтов, содержащих твердые включения природного или техногенного происхождения (крупные валуны, обломки бетонных конструкций, каменной кладки и др.) при проходке траншеи необходимо использовать технику, оснащенную фрезерным оборудованием, например, фирм «Касагранде», «Бауэр», TONE Boring.

Использование грейферного оборудования, которым крупные включения извлекаются, может привести к деформированию стенки траншеи, падению уровня тиксотропного раствора и деформациям окружающего массива и близрасположенных зданий.

При наличии трещиноватых скальных грунтов или прослоев из них и закарстованных пород, когда тиксотропный раствор может вытекать в грунт, необходимо применять опережающий тампонаж этих прослоев цементно-глинистыми растворами.

При устройстве «стены в грунте» жесткие требования должны предъявляться к глинистому раствору, приготовление которого, как правило, должно осуществляться с использованием бентонитового глинопорошка. Плотность раствора должна составлять при приготовлении его с использованием бентонитового глинопорошка 1, 03 - 1, 10 г/см³, а из глин других видов - 1, 10 - 1, 25 г/см³.

При разработке траншей в неустойчивых грунтах (водонасыщенные пески, глинистые грунты текучей консистенции) с напорными водами необходимо использовать глинистые растворы повышенной плотности, для чего допускается применять барит, магнетит и другие утяжелители раствора, но не более 7 % массы глины.

Для снижения водоотдачи и потерь глинистого раствора в него можно добавлять жидкое стекло (силикат натрия) в пределах 2 - 6 % массы глины.

При устройстве монолитных стен в грунте методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ) необходимо применять более совершенную технологию бетонирования с использованием вибрирования. Если бетон литых смесей, укладываемый без вибрирования, должен иметь осадку конуса 18 - 20 см, то при бетонировании полужесткими смесями с применением вибраторов осадка конуса должна быть не более 8 см, а подвижность бетонной смеси сохраняться на период транспортировки и укладки - не менее 40 мин.

При закреплении глубинных вибраторов на нижней части бетонолитной трубы при применении жестких смесей с осадкой конуса 3 - 6 см значительно повышается однородность бетона, а его средняя прочность на 35 - 40 % выше, чем при укладке литых смесей.

При регулировании процесса подачи бетона путем включения и выключения вибратора достигается повышенная плотность, прочность и водонепроницаемость стены. Вместо литых бетонов с высоким содержанием цемента (до 500 - 600 кг/м³) можно использовать малоподвижные смеси с осадкой конуса 3 - 4 см. Экономия цемента по сравнению с литыми смесями составляет 150 - 200 кг/м³. Метод применим и при температуре до -30° С.

Для повышения индустриальности ведения работ и качества стен рекомендуется применять сборный или сборно-монолитный вариант. Сборная или сборно-монолитная «стена в грунте» позволяет увеличить скорость возведения конструкции и снизить ее трудоемкость, а также снизить расход бетона.

Применение для ограждения котлованов технологии «стена в грунте» в виде сборной или сборно-монолитной конструкции позволяет получить:

- гарантированную марку бетона стен по прочности и водонепроницаемости;

- гарантированную геометрию и чистую поверхность стен;

- снижение расхода бетона на 15 - 20 %;

- возможность установки в заводских условиях закладных деталей и сальников для подводки коммуникаций;

- исключение необходимости регулярной поставки расчетного количества товарного бетона в нормативные сроки;

- увеличение скорости возведения конструкции на 15 - 20 %;

- снижение трудоемкости работ;

- возможность передачи нагрузки на стену сразу после ее возведения.

В качестве конструкций сборной «стены в грунте» хорошо зарекомендовали себя шпунтовые панели ПШС-50, разработанные ОАО «ЦНИИС» (Москва). Панели шириной 1, 5 м, толщиной 0, 5 м и длиной, равной глубине траншеи, соединяются друг с другом посредством пазового замка.

Другая конструкция «стены в грунте» с листовой арматурой состоит из сборных железобетонных стеновых блоков, устанавливаемых в заполненную глинистым раствором траншею с определенными интервалами и монолитных участков между ними из бетона или цементного раствора (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Принципиальная схема сборно-монолитной «стены в грунте»:

1 - стеновой блок; 2 - листовая арматура; 3 - бетонное заполнение; 4 - отметка верха блока; 5 - отметка дна котлована; 6 - отметка низа стены; 7 - контур траншеи

Стеновые блоки поперечного сечения 600´ 600 мм, длиной до 25 м и массой 15 - 20 т имеют полуцилиндрические боковые поверхности, снабженные со стороны подземного сооружения листовой арматурой толщиной 6 - 10 мм, которая может служить гидроизоляцией. Блоки изготавливаются в заводских условиях из тяжелого бетона класса В22, 5 - В30, марки по водонепроницаемости W4 - W6. Конструкция сборно-монолитной стены толщиной 600 мм может быть использована при глубине «стены в грунте» до 28 м в различных инженерно-геологических условиях. При этом на нее могут быть переданы вертикальные нагрузки до 1500 кН/м и изгибающие моменты до 1000 кНм/м.

Технологические приемы, применяемые для омоноличивания (тампонажа) стыков при устройстве «стен в грунте», должны обеспечивать достаточную прочность и водонепроницаемость стыков.

Опыт строительства показывает, что более рационально увеличить ширину стыка (и расстояние между панелями) с обычных 20 мм до 200 - 300 мм и перейти на тампонаж его бетонным раствором с классом не ниже В25. Применение этой рекомендации полностью исключает фильтрацию подземных вод и позволяет отказаться от заварки стыков металлическими накладками.

Эффективно технологическое решение стыков из монолитного и сборного железобетона вибронабивным способом. Оборудование для омоноличивания бетонной смесью стыков ограждающих конструкций под глинистым раствором включает: инвентарную трубу, вибратор (например, В-401), приемный бункер с площадкой для обслуживания вибратора и заполнения бункера бетонной смесью. Применение этой технологии обеспечивает высокое качество работ по прочности стыка (40 - 50 МПа) и водонепроницаемости (на контакте с бетоном испытаны на 2 атм.).

Технология устройства «стены в грунте» отдельными захватками (опережающими и соединительными) предусматривает установку арматурных каркасов и бетонирование в опережающих захватках и последующую разработку соединительных захваток со срезкой бетона толщиной 0, 15 м с торцевых кромок опережающих захваток с последующей установкой каркасов и бетонированием. Такая технология обеспечивает монолитность «стены в грунте» и отсутствие холодных и грязевых швов в стыках.

Для надежного уплотнения проблемных стыков между панелями траншейных стен, как показал опыт строительства, успешно может быть применена технология струйной цементации «jet-grouting». При этом цементационные работы могут выполняться как снаружи ограждающих котлован стен, так и изнутри котлована до его разработки. С этой целью в зависимости от прогнозируемой величины раскрытия стыков с глубиной могут быть применены неармируемые или армируемые металлическими трубами грунтоцементные колонны диаметром 60 или 80 см.

Для разработки грунтового ядра внутри подземного сооружения, возводимого способом «стена в грунте», рекомендуется применять технологию, которая предусматривает разработку вначале центральной части грунтового массива внутри сооружения на глубину одного яруса с сохранением по периферии неразработанных участков. Такой прием облегчает работу ограждающей конструкции. Затем монтируются распорные конструкции и разрабатывается оставшаяся часть грунта. На следующей заходке цикл повторяется.

Новым и прогрессивным является также способ разработки грунта в котловане через перекрытия в многоуровневых подземных сооружениях. В этом случае дополнительная крепь ограждающих стен не применяется.