Технология возведения подземных инженерных сооружений

Тема 2 ТЕХНОЛОГИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Подземные сооружения Фундаменты глубокого заложения: стены в грунте; опускные колодцы; кессоны; глубокие буровые опоры. Сваи; шпунтовые ограждения; тоннели.

СПОСОБЫ ВОЗВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ Открытый способ - возведение подземных сооружений в открытых котлованах и траншеях при большой глубине. (Предполагает временное крепление, устройство шпунтового ограждения или искусственное замораживание стен котлована, например в водонасыщенных слабых грунтах). Для ограждения стен котлованов применяют: забивные металлические сваи и шпунт, буронабивные сваи, железобетонные сваи-стойки, опущенные в пробуренные скважины, постоянные и временные анкеры, удерживающие элементы несущих конструкций. Закрытый способ - устройство подземных сооружений без разработки траншей и котлованов.

Методы возведения фундаментов глубокого заложения методом глубоких буровых опор; методом тонкостенных сборных оболочек; методом «стена в грунте»; методом опускного колодца; кессонный метод.

Глубокие буровые опоры Эти опоры являются разновидностью буронабивных свай и аналогичны им по технологии устройства. Отличаются большими размерами: их диаметры до стигают 1,6; 2 и 3 м, а глубина —до 60 м. Технология устройства буровых опор: бурение ствола без обсадных труб под слоем глинистого раствора; разбуривание уширения в основании ствола сваи; удаление глинистого раствора вместе с разбуренной породой; отстаивание грязного глинистого раствора либо применение свежего; заполнение скважины бетоном (ОК=18 см) методом ВПТ (выше на 0,3-0,5 м от проектной); удаление верхней части стержня до отметки низа ростверка.

Технологическая схема устройства глубокой буровой опоры а — глубокая буровая опора; / — копер; 2 — ротор, 3 — буровая колонна; 4 — инвентарная обсадная труба; 5 — направляющий барабан; 6 — фреза; 7 — раскрывающиеся ножи; УВ — уровень воды.

Опоры из тонкостенных сборных оболочек Металлические и железобетонные оболочки, собираемые из секций длиной до 12 м, диаметром до 4,5 м. Способы погружения оболочек: завинчиванием; вибрированием; вдавливанием. Преимуществом фундаментов из сборных тонкостенных оболочек является: индустиальность их изготовления; возможность механизировать процессы погружения

Способ завинчивания тонкостенных оболочек Оболочки, погружаемые завинчиванием, состоят из: гладкого цилиндрического ствола; винтовых лопастей; острого наконечника. Лопасти и наконечник — металлические, ствол оболочки из железобетонных звеньев, соединенных болтами. Для завинчивания крупных оболочек применяют специальный механизм — кабестан, который вращает оболочку с частотой до 0,5 об/мин, развивая крутящий момент до 1000 кн • м (100 тс • м). Технология производства работ Кабестан, установленный на оболочку, расчаливают за платформу к неподвижным точкам (анкерным сваям, берегу) четырьмя тросами, обеспечивая этим устойчивость системы в рабочем положении и восприятие реактивного крутящего момента. Оболочки завинчивают до момента, когда винтовые лопасти погружаются в плотный грунт. После этого полость оболочки полностью или частично за полняют бетоном низких марок.

Винтовая свая-оболочка Металлические и железобетонные оболочки, собираемые из секций длиной до 12 м, диаметром до 4,5 м. 8— электрокабестан; 9 — полиспасты; 10 — перекидная лестница к люльке кабестана; 11 — расчалки кабестана; 12 — портальный края: 13 — винтовая свая-оболочка; 14 — эстакада; 15 — пульт управления; 16 — люлька, подвешенная к кабестану.

Метод вибропогружения оболочек Оболочки погружают: вертикально; с наклоном до соотношения 6 : 1. Технология производства работ: Придание нужного положения оболочке (направляющими каркасами, которые собирают из универсальных инвентарных элементов, закрепляемых на местности анкерными сваями. 2. Опускание оболочки при помощи вибраторов; 3. перестановка вибратора на соседнюю оболочку; 4. непрерывное (способом гидромеханизации) или периодическое (при каменистых включениях в грунтах) удаление грунта; 5. очищение и промывка посаженной оболочки от грунта; 6. бетонирование оболочки.

последовательность процессов вибропогружения оболочки с применением подмыва / — наращивание очередной секции; 2 — вибропогружение с подмывом; 3 — все средства погружения демонтированы (оболочка заполнена грунтом); 4 — удаление грунта промывкой оболочки водой под давлением; 5 — заполнение оболочки бетонной смесью.

схема посадки оболочки на грунт основания в сложных условиях 6 —оболочка, достигшая скального основания; 7 — в дно скважины уложен тампонажный слой бетона; 8 — вид скважины после разбуривания отвердевшего тампона вместе со слоем скального основания (или препятствием); 9 — оболочка скважины погружена до отметки основания.

Метод погружения оболочек вдавливанием Посекционный сбор оболочек; соединение фланцев секций (сваркой или на болтах); защита металлических стыков секций от коррозии (покраска); соединение нижней секции с ножом; вдавливание оболочки многотонным пакетом железобетонных плит; снятие груза после достижения оболочкой плотного подстилающего слоя; освобождение полости оболочки от илистого грунта средствами гидромеханизации; заполнение оболочки бетонной смесью.

Метод «стена в грунте» К сложным условиям возведения заглубленных сооружений относят: устройство котлованов вблизи существующих фундаментов зданий и оборудования; действующих заглубленных сооружений (тоннелей, подвалов и т п) расположенных ниже отметки заложения существующих несущих конструкций; рытье котло ванов по периметру фундаментов (когда создаются условия для выпирания грунта или возникновения просадок); организацию глубоких (более 6 м) котлованов с вертикальными стенами; за крепление грунтов под подошвами фундаментов и в откосах котлованов; невозможность применения динамических методов воздействия на грунт вблизи действующих зданий, коммуникаций и др

Сущность метода «стена в грунте» Сущность метода заключается в том, что узкая траншея для будущих стен и фундаментов заглубленного сооружения отрывается сразу на полную глубину специальным штанговым экскаватором или широкозахватным грейфером под слоем глинистого тиксотропного раствора. Гидростатическое давление этого раствора предотвращает обрушение грунтовых стен и проникание грунтовой воды в траншею.

Преимущества метода «стена в грунте» Преимущества метода (СВГ) Устройство заглубленных сооружений и их фундаментов методом «стена в грунте» позволяет: значительно сократить объем земляных работ по сравнению с открытым способом, освобождает от необходимости водопонижения, уменьшает объем водоотлива, предотвращает движение грунтовых вод, что обеспечивает сохранность оснований соседних сооружений

Метод «сборная стена в грунте» а — поперечный разрез траншеи после монтажа сборных панелей стены; б — продольный разрез траншеи по фронту всех процессов устройства сборной стены в грунте; в — схема стыкования очередной панели с предыдущими; 1 — облицовка пионерной траншеи; 2 — наружная забутовка глинощебеночным материалом; 3 — сборная панель; 4 -— внутренняя забутовка песчано-гравийной смесью; 5 — нижнее (фундаментное) защемление панели бетоном; 6 — экскаватор, выполняющий забутовку; 7 — кран, переставляющий бетонолитную трубу и подающий бетон для защемления панели; 8 — кран, монтирующий панели стены; 9 — монтажный шаблон-двутавр; 10 — панель; 11 — направляющий кондуктор; 12 — траншея, заполненная глинистым раствором; 13 — штанговый экскаватор; 14 — ковш экскаватора; 15 — сдвоенная бетонолитная труба; 16 - направляющие уголки из коротких отрезков.

Устройство опускных колодцев Область применения. Опускные колодцы применяют для устройства фундаментов глубокого заложения и опускных (заглубленных) сооружений. В плане опускные колодцы бывают: круглые, эллиптические, прямоугольные. По очертанию наружной поверхности: цилиндрические, конические, ступенчатые.

Сущность метода устройства опускных колодцев состоит в том, что конструкцию возводят (устанавливают) на поверхности земли, а затем внутри нее подрабатывают грунт в направлении от центра к ножу. Нож, утрачивая опору с внутренней стороны, под действием веса лежащих выше конструкций выдавливает грунт внутрь, и колодец опускается. По мере углубления колодца его наращивают по высоте. Работы выполняют по этапам: бетонирование ножа колодца; бетонирование первого яруса; выдерживание бетона; распалубка бетона; опускание колодца; бетонирование второй яруса, и т. д. Для успешного погружения колодца его вес Q должен превосходить общую величину силы бокового трения грунта Т не менее чем на 25%,

Технология устройства опускных колодцев. Устройство фундаментов глубокого заложения из опускных колодцев состоит из: подготовительных работ; изготовления конструкций колодца; погружения его до проектной отметки; заполнения бетоном.

Подготовительные работы Опускные колодцы можно устраивать как с поверхности суши, так и с местности, залитой водой. Подготовительные работы (на поверхности суши): устройство котлована в верхних сухих грунтах открытым способом. (Дно котлована должно быть на 0,5—1 м выше уровня грунтовых вод); планировка и уплотнение дна котлована. На местности, покрытой во дой, работы ведут с искусственных островков или подмостей. Верх островков принимают на 0,5 м выше уровня воды, предполагаемого в период опускания колодца. Островки отсыпают с откосами (при малой глубине водоема) либо в шпунтовом ограждении (при большой глубине или сильном течении). Вместо островков для сооружений колодцев можно использовать подмости свайного или плавучего типов.

Изготовление конструкций колодцев Железобетонные стены колодцев устраивают: опалубку из вертикально расположенных строганных с внутренней стороны досок. Бетонную смесь укладывают слоями и вибрируют глубинными вибраторами. очередной слой для обеспечения надежности стыка укладывают до начала схватывания предыдущего. распалубку ножа и нижней ступени колодца начинают только после достижения бетоном конструкций 100%-ной проектной прочности, верхние ступени можно распалубливать при 70%-ной прочности.

Опускание колодцев Опускают колодцы двумя способами: с водоотливом; без водоотлива. Разработку с водоотливом применяют, если приток грунтовых вод невелик и вблизи нет сооружений, чув ствительных к осадкам. Этот способ имеет и преимущества. Поскольку ра боты идут на открытой поверхности, лучше используется землеройная тех ника. Кроме того, в колодцах больших диаметров могут работать экскаваторы с наиболее производительной прямой лопатой и бульдозеры. Без водоотлива колодцы можно опускать в соседстве с любыми сооружениями.

Погружение опускных колодцев а — схема совмещенного бетонирования и погружения колодца; б — кондуктор для монтажа тонкостенного колодца из сборных панелей; в — деталь крепления панели к кондуктору; г — схема погружения сборного колодца в тиксотропной рубашке; д — деталь крепления инъекционных труб к колодцу; е — деталь устройства форшахты, манжета ножа и инъекционных труб; / — стены колодца с ножом; 2 — экскаваторы; 3 — бадья для грунта; 4 — опалубка с подмостями наращиваемого яруса стен; 5 — кран; 6 — котлован; 7 — бульдозер; 8 — въездная траншея; 9 — отва лы грунта; 10 — самосвалы; 11 — экскаваторы на погрузке; 12 — стеновая панель сборного колодца; 13 — башня кондуктора; 14 — кронштейн кондуктора; 15 — фаркопф для закрепления панели; 16 — инъекторы для подачи тиксотропного раствора; 17 — трубопровод для подачи раствора; 18 — установка для изготовления раствора; 19 — форшахта; 20 — рубашка из тиксотропного раствора; 21 — уголок крепления инъектора к панели стены; 22 — болт с уголком для крепления манжета к уступу ножа; 23 — трехслойный манжет из конвейерной ленты; 24 — глиняный замок.

Погружение кессонов Область применения. Кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения применяют, когда погружению обычных опускных колодцев мешает сильный наплыв грунта либо если грунты содержат крупные включения твердых пород, а большой приток воды осложняет работы по осушению. Оболочка фундамента должна иметь в нижней части кессонную камеру с ножом и перекрытием, а также шахту со шлюзом

Сущность метода Сущность метода заключается в том, что во время погружения оболочки в ее кессонную камеру нагнетается сжатый воздух, вытесняющий грунтовые, воды за пределы ножа. Тогда внутреннее давление воздуха предотвращает наплыв грунта, и разработку твердых включений ведут в осушенном пространстве камеры. Для входа в кессоны и транспортирования вынутого грунта служит шлюзовой аппарат, имеющий герметизированные двери наружу и люк в шахту.

Технология выполнения работ Сооружение фундаментов глубокого заложения кессонным методом включает следующие процессы: подготовительные работы; изготовление кессона и оболочки; погружение конструкции до проектной отметки; заполнение оболочки.

Кессонный метод устройства фундаментов а — основные элементы кессона; б — погружение кессона при помощи гидромеханической установки с дистанционным управлением; в — схема погружения кессона при разработке грунта средствами малой механизации; 1 _ надкамерные стены; 2 — шлюзовой аппарат; 3 — шахтная труба; 4 — потолок камеры; 5 — кессонная камера; 6— консоль камеры с ножевой частью стены; 7 — отвод пульпы; 8 — подача воды от насосной станции; 9 — камера наблюдения и дистанционного управления; 10 — гидроэлеватор, удаляющий пульпу; 11 — вращающийся гидромонитор; 12 — материальная прикамера шлюза; 13 — центральная камера шлюзового аппарата; 14 — пассажирская прикамера; 15 — подача сжатого воздуха; 16— надкессонный массив кладки; 17 — сифонная труба для удаления просочившейся воды и избыточного воздуха; УВ — уровень воды.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА РАБОТ ПО УСТРОЙСТВУ ГЛУБОКИХ ФУНДАМЕНТОВ Основными требованиями к качеству фундаментов глубокого заложения являются правильное, соответствующее проекту положение конструкций и обеспечение заданной несущей способности. Фундаменты глубокого заложения проектируют обычно опертыми на прочные материковые слои. Перед заполнением конструкций бетоном надо убедиться в том, что достигнута проектная отметка, и освидетельствовать состояние грунта основания. Если колодец опущен без водоотлива, эту работу выполняют водолазы. Глубину и состояние дна скважин определяют мерником. При необходимости проверить свойства основания из его толщи выбуривают керны. Если работы выполнены без водоотлива, сначала укладывают тампонажный слой бетона и после его затвердения сквозь него выбуривают керны, которые отправляют на исследование в лабораторию. Смещение колодцев и кессонов в плане допускается не больше чем на 0,01 глубины погружения. Тангенс угла отклонения оси от вертикали не должен превышать 0,01.