Способ «стена в грунте»

Способ «стена в грунте.

Сущность этого способа состоит в том, что до начала горностроительных работ по периметру будущего подземного сооружения (тоннеля) отрывают или разбуривают узкие траншеи (шириной 0,4 1,0 м) на всю глубину заложения сооружения, как правило, до водоупора. По мере выемки грунта траншеи заполняются глинистым раствором, который предохраняет стенки траншеи от обрушения. В дальнейшем глинистый раствор заменяется ограждающей крепью из монолитного бетона или сборного железобетона, под защитой которой производится разработка грунта внутри сооружения и возведения постоянных конструкций (обделки.

В практике тоннелестроения наибольшее распространение получил способ стена в грунте из монолитного железобетона с толщиной стен 0,4; 0,6; 0,8 и 1,0 м.

Производство работ по способу стена в грунте из монолитного железобетона осуществляется в такой последовательности (рис. 4.6). По контуру оси будущей стены сооружения устраивается пионерная траншея (1) форшахты (2), которая служит направляющей для землеройной машины и обеспечивает устойчивость верхней части стенок траншеи. До начала отрывки траншеи делается геодезическая разбивка и планируется площадка вдоль будущей стенки с таким расчетом, чтобы по обеим сторонам форшахты было бы место для установки необходимого оборудования и автотранспорта. Вдоль разрабатываемой траншеи на расстоянии 3 м с каждой стороны устраивается ограждение. Форшахта обычно устраивается в котловане глубиной 0,8 1,0 м, отрытом по оси сооружения. Для армирования форшахты применяют металлические сетки диаметром 10 14 мм с ячейками 0,2 0,3 м. По длине форшахты через каждые 1,5 2,0 м устанавливаются распорки для ограничения деформаций и обрушения стенок. После твердения бетона форшахты рядом с ней на песчаную подготовку укладывают железобетонные плиты (ДСП-2), являющиеся плотным основанием для опоры землеройной машины. При траншейной схеме возведения стены в грунте работы проводятся отдельными участками (захватками) длиной 3,0 6,0 м в последовательности, зависящей от имеющегося оборудования и условий производства работ.

Рис. 4.6 Основные фазы работ по способу стена в грунте : а разработка пионерной траншеи экскаватором (обратная лопата); б устройство фор шахты; в разработка захватки плоским грейфером с погрузкой грунта в самосвалы; г установка арматурного каркаса; д бетонирование захватки методом ВПТ и перекачка глинистого раствора в разрабатываемую захватку.

Для разработки грунта и бурения скважин используют экскаваторы с прямой и обратной лопатой, оснащенные плоским грейфером, драглайны, буровые станки ударного и вращательного действия, а также специализированные машины, предназначенные только для создания траншей. К специализированным машинам относится самоходная буровая установка СО-2, позволяющая бурить скважины под буронабивные сваи диаметром 500 600 мм, глубиной до 30 м. В практике подземного строительства применяются также гидромеханизированный траншеекопатель и барражные машины БМ-24/0,5 и БМ-0,5/50-2 м, работающие по принципу последовательного бурения.

Наибольшее распространение в практике строительства получили установки экскаваторного типа. К экскаваторному оборудованию, применяющемуся в Советском Союзе и пригодному для устройства глубоких траншей, относятся двухчелюстные грейферы с глубиной копания (при наличии лидерных скважин) до 50 м; штанговые широкозахватные грейферы (на базе экскаватора Э-1001) с глубиной копания до 40 м для разработки траншей шириной 0,6; 0,7 и 1,0 м; навесные виброгрейферы с глубиной копания до 15 м. Кроме того, применяются штанговые гидравлические грейферы фирмы Поклен (Франция), а также двухчелюстные грейферы фирм Креммел (Англия) и Бауэр (ФРГ.

Для приготовления, хранения и подачи глинистого раствора в траншею, очистки его от грунта и повторного использования на стройплощадке организуется глинистое хозяйство.

Глинистый раствор приготавливают из бетонитовых или обычных местных глин и полученных из них на заводах глинопорошков. Особое внимание необходимо обратить на подбор плотности глинистого раствора, которая должна быть такой, чтобы в любом месте на стенке траншеи обеспечивалось гидростатическое давление от раствора, превышающего давление окружающего грунта и грунтовых вод с учетом нагрузки от расположенных вблизи зданий и сооружений. После проходки очередного участка (захватки) траншеи проверяется вертикальность стен и производится подготовка траншеи для укладки бетонной смеси методом вертикально-перемещающейся трубы (ВПТ). Для этого очищают дно траншеи и заменяют загрязненный глинистый раствор на свежий, после чего приступают к монтажу арматурных каркасов, размеры которых соответствуют размерам захваток траншеи. При этом в соответствии с конкретными условиями на одну захватку изготавливается либо один армокаркас или несколько. Для удобства и точности установки армокаркасы снабжаются по бокам металлическими полосами (салазками) шириной 30 50 мм.

Расстояние между стержнями рабочей арматуры назначается не менее 170 200 мм, что обеспечивает качественное бетонирование по методу ВПТ. В каркасах предусматриваются места для пропуска труб.

Установка арматурного каркаса (рис. 4.7) осуществляется с помощью козлового или стрелового крана грузоподъемностью 25 40 т на подготовленной захватке траншеи.

Рис. 4.7 Установка арматурного каркаса.

Для соединения отдельных захваток на их концах устраивают ограничители, конструкция которых зависит от стыков. В случае нерабочих стыков (отсутствуют растягивающие усилия в захватках) ограничители выполняют либо в виде отрезков стальных труб с диафрагмами, диаметр которых равен ширине траншеи (инвентарные ограничители), либо в виде железобетонных свай, металлических труб (рис. 4.8, а), швеллеров и двутавров (стационарные ограничители). Инвентарные ограничители (трубы) через 3 5 ч после окончания бетонирования извлекают из траншеи и затем разрабатывают смежную заходку.

Рис. 4.8 Стыки между захватками монолитных железобетонных стен: а нерабочий стык; б, в рабочие стыки; 1 траншея; 2 стационарный ограничитель захваток; 3 арматурный каркас ранее бетонируемой захватки; 4 арматурный каркас последующей захватки; 5 диафрагма.

Стационарные ограничители устанавливают краном в конце захватки на всю глубину. Под воздействием собственной массы и периодического подъема и опускания такие ограничители заглубляются ниже дна траншеи на глубину 0,5 1,0 м. В случае необходимости может применяться дополнительный пригруз. Стационарные ограничители остаются в стене и после ее возведения, являясь частью постоянной конструкции.

Рабочие стыки делают для обеспечения равнопрочности стыков и основной конструкции стены. Рабочие стыки выполняют путем перепуска арматуры из одной захватки в другую на величину не менее 30 диаметров (рис. 4.8, б, в.

При бетонировании необходимо, чтобы высокопластичная бетонная смесь (марка бетона 200 300, крупность заполнителя до 50 мм, осадка конуса 16 20 см) подавалась непрерывно, а вертикальная бет-нолитная труба все время в процессе бетонирования должна быть заполнена бетоном.

Бетонолитная труба диаметром 200 300 мм состоит из отдельных звеньев длиной 1,0 1,5 м, которые соединяются друг с другом с помощью быстроразъемных замков с монтажными петлями. Такая труба с приемным бункером монтируется по центру захватки таким образом, чтобы ее нижний конец не доходил бы до дна траншеи на 0,05 0,10 м и всегда был погружен в свежеуложенную бетонную смесь на 1 2 м. Это предотвращает расслаивание бетона и его перемешивание с глинистым раствором. По мере бетонирования захватки бетонолитная труба поднимается и демонстрируется путем снятия ее верхних звеньев. Опускание и подъем бетонолитной трубы производятся обычно стреловым краном грузоподъемностью 10 25 т, а также спецустановками с гидроприводом.

После закрепления бетонолитной трубы на опорной раме к верхнему звену присоединяется приемная воронка (бункер), объем которой должен составлять не менее 1,5 объема трубы.

Непрерывность бетонирования является основным условием применения метода ВПТ, что обеспечивается необходимым наличием на стройплощадке всех составляющих для бетона в объеме захватки.

Бетон, будучи тяжелее глинистого раствора, заполняет траншею снизу вверх и вытесняет его на поверхность, где глинистый раствор самотеком поступает в разрабатываемую траншею или откачивается насосом в глиносборник для повторного использования. До укладки очередной порции бетона глинистый раствор откачивают на высоту форшахты. Бетонирование прекращается, когда на уровне верха форшахты появляется бетонная смесь. Поверхностный слой бетона, загрязненный глинистым раствором, убирается.

В практике подземного строительства наряду с возведением стен в грунте из монолитного бетона применяется и сборный железобетон, который обеспечивает высокую индустриальность строительства, хорошее качество поверхности стен, возможность использования конструкций разнообразных форм (пустотелые, балки, плиты и т. д.), а также возможность снижения толщины стен до 0,25 м. В то же время сборные конструкции отличаются повышенной стоимостью, требуют заводского изготовления больших сборных элементов и, кроме этого, область использования сборных конструкций ограничена глубиной траншей до 20 25 м ввиду их большой массы и сложности монтажа.

Возведение стен в грунте может осуществляться и буровзрывными методами. В этом случае производится последовательное бурение скважин, которые соединяются друг с другом при помощи лидернонаправляющих труб. При этом в устойчивых скальных и полускальных грунтах с небольшим количеством воды траншеи разрабатываются длинными захватками способом секущихся секций без применения глинистого раствора. В водонасыщенных неустойчивых грунтах траншеи устраиваются короткими захватками способом секущихся буронабивных свай с применением глинистого раствора. Этот способ предусматривает последовательное бурение всех скважин с армировкой их арматурными каркасами и бетонированием каждой скважины в отдельности методом ВПТ, за исключением двух-трех последних в захватке, и извлечение направляющих труб из заполненных бетоном скважин.

При бурении скважины ее устье на глубину 2 3 м закрепляют обсадным патрубком, после чего буровым станком бурят скважину на проектную глубину и для направленного бурения последующих скважин производят обсадку стенок скважины лидернонаправляющей трубой (рис. 4.9.

Рис. 4.9 Лидернонаправляющие трубы: а общий вид; б план расположения лидернонаправляющих труб при разработке траншеи.

После сооружения несущих стен и набора прочности бетона до 100% начинают работы по разработке грунта между возведенными стенами котлована, установке расстрелов или анкеров и монтажу внутренних сооружений и свода перекрытия. Организация работ зависит от размеров сооружения и гидрогеологических условий строительства.

При глубине котлована до 15,0 м работы обычно осуществляются в такой последовательности. Экскаватором обратная лопата разрабатывает грунт на глубину до 5,0 м с погрузкой в автосамосвалы. Второй уступ высотой 10 м разрабатывается экскаватором типа драглайн с оставлением откосов у стен котлована. К закладным деталям в стене привариваются монтажные столики, на них собираются пояса из двух двутавров и устанавливаются расстрелы из труб диаметром 630 мм, после чего производится разработка грунта откосов бульдозером с передвижением его в зону работы экскаватора.

В настоящее время возможно применять и гидромеханизированную разработку грунта, которая производится гидромонитором послойно. При этом землесосы устанавливают непосредственно на грунт или на понтоны.

Эффективно использовать также комбинированную схему разработки грунта бульдозеров в сочетании с гидромеханизацией.

Распорные конструкции (расстрелы) устанавливаются таким образом, чтобы они не мешали разработке грунта в центре сооружения. В этом смысле наиболее целесообразной конструкцией крепления стен котлована является анкерная крепь, которая хорошо воспринимает растягивающие усилия.

Наиболее эффективно применение способа стена в грунте в сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях при возведении подземных сооружений большой протяженности и площади при глубине заложения не менее 5 8 м и не более 35 40 м.

При наличии значительной обводненности в грунтах, имеющих большие коэффициенты фильтрации, а также в случае высоконапорных подземных вод этот способ применять нецелесообразно.