Лекция №10. Технологические схемы строительства подземных сооружений методом «стена в грунте».

Способом «стена в грунте» сооружаются подпорные стены, стены заглубленных сооружений, фундаменты под тяжелые здания и сооружения, а также противофильтрационные завесы. Этот способ наиболее рационален при строительстве в сложных гидрогеологических условиях и высоком УГВ в городских условиях вблизи существующих зданий.

Способ «стена в грунте» основан на применении глинистого раствора для удержания в вертикальном положении стен траншей при их разработке и последующем заполнении бетонной смесью, сборными железобетонными конструкциями или противофильтрационными материалами. Способ особенно эффективен при заглублении стен в водоупорные грунты, что позволяет полностью отказаться от водоотлива или водопонижения. Наиболее рационально его использование в нескальных песчаных, гравелистых, глинистых грунтах, но возможно применение и в полускальных породах (слабосцементированных песчаниках и конгломератах, алевролитах, аргиллитах и т. п.).

Первым этапом сооружения стены в грунте является устройство форшахты (рис. 1), которая служит направляющей для землеройной машины и обеспечивает устойчивость стенок в верхней части. Форшахту обычно устраивают в траншее, откопанной по оси будущей стены на глубину 70–80 см. Основание траншеи выравнивают и уплотняют, после чего устанавливают щиты опалубки, укладывают арматуру и бетонируют форшахту. При высоком уровне грунтовых вод для устройства форшахты насухо производят подсыпку песчаным грунтом.

Рис. 1. Последовательность возведения стены в грунте: 1 – форшахта; 2 – глинистый раствор; 3 – готовая стена

В промежутке между направляющими форшахты на полную глубину (до 30-50 м) откапывается траншея, отдельными захватками длиной 4–6 м. Для обеспечения устойчивости стен захватки по мере углубления в нее подливается тиксотропный глинистый раствор (суспензия). Уровень раствора должен постоянно поддерживаться выше уровня грунтовых вод. При этом исключаются фильтрация воды из грунта в траншею и возможная суффозия, а глинистый раствор фильтруется в грунт. Однако в результате кольматации грунта частицами глины на стенке быстро создается практически водонепроницаемый слой, и расход раствора на фильтрацию невелик. Исключение составляют крупнообломочные грунты с незаполненными пустотами. В таких грунтах расход раствора будет большим, что может препятствовать применению способа «стена в грунте». После откопки заходки на. полную глубину она заполняется материалом, из которого возводится стена. Вытесняемый глинистый раствор идет на регенерацию.

Бетонные стены возводятся методом последовательных захваток длиной на 3 – 6 м. При этом можно совмещать работы по бетонированию одной захватки и откопке последующей, а необходимый объем глинистого раствора в траншее относительно невелик.

Для предотвращения попадания бетонной смеси из бетонируемой захватки в следующую между захватками устанавливаются разграничители. Роль разграничителя может играть железобетонный столб либо инвентарная труба, извлекаемая после твердения бетона в захватке перед бетонированием следующей захватки (рис. 2).

Рис. 2. Стык между захватками монолитной стены; 1 – арматура; 2 – разграничитель

Применяются и другие конструкции ограничителей, например, стальные диафрагмы, привариваемые к арматуре, которая опускается в захватку. Арматура стены, свариваемая в каркасы, опускается в глинистый раствор перед бетонированием захватки. Бетонирование ведется методом вертикально перемещающейся трубы.

Наряду с монолитными железобетонными строятся сборные стены из панелей размером на одну захватку. К преимуществам сборных стен относятся: высокое качество поверхности стены, лучшая водонепроницаемость, возможность устройства стен с выступами, окнами для пропуска анкеров, закладными деталями для крепления перекрытий.

Стыки между панелями должны служить направляющими при их опускании, а после заполнения тампонажным раствором пространства между панелями и стенами траншеи – обеспечивать герметичность. В качестве тампонажного материала может использоваться специальный цементо-глинисто-песчаный раствор, который должен в период укладки быть жидким, а после твердения иметь прочность не ниже прочности окружающего грунта, легко сниматься с внутренней стороны панелей при откопке котлована, быть водонепроницаемым. В состав тампонажного раствора входит 12 – 14 % жирной глины (желательно бентонита) от массы цемента и до 0,5 % сульфатно-спиртовой барды (ССБ) или сульфатно-дрожжевой бражки (СДБ).

Возведение стен в грунте небольшой глубины возможно путем устройства сплошного ряда секущихся свай, причем бурение каждой последующей скважины производится либо после начала схватывания бетона в предыдущей, либо после опускания в предыдущую скважину лидерной направляющей трубы, извлекаемой перед бетонированием.

Если в средней части возводимого подземного сооружения предусмотрены колонны для опирания перекрытий, их возводят как буронабивные сваи одновременно с возведением ограждающих стен.

По мере извлечения грунта из котлована, ограниченного стенами, монтируются перекрытия или устанавливаются анкеры, воспринимающие силы давления грунта.

Стены в грунте стремятся погрузить на 2 – 3 м в водонепроницаемый слой грунта даже ценой значительного (на 5 – 10 м) увеличения глубины стены по сравнению с необходимой. При этом часть стены ниже днища подземного сооружения, играющая роль противофильтрационной завесы, выполняется без армирования из соответствующих материалов.

При врезке стен в водоупор извлечение грунта из огражденного стенами котлована ведется в сухих условиях без водоотлива. Лишь в крайних случаях при строительстве способом стека в грунте применяют водопонижение или разрабатывают грунт подводным способом.

При откопке траншей под глинистым раствором в грунте, примыкающем к стеке, образуется тонкий закольматированный слой, обеспечивающий надежную гидроизоляцию стены.

Днище сооружений, возводимых способом стена в грунте, имеет такую же конструкцию, как и у опускных колодцев, включая гидроизолирующий слой.

Разработка грунта в траншеях ведется плоскими грейферами на канатной подвеске, штанговыми грейферами, экскаваторами типа обратная лопата с удлиненной стрелой и узким ковшом. Это машины циклического действия. Наиболее удобны штанговые грейферы с гидравлическим управлением, внедряемые в грунт под значительным усилием.

Применяются также машины непрерывного действия. Грунт при этом разрушается вращающимися фрезами и поднимается на поверхность перемешанным с глинистым раствором в виде пульпы, обычно с помощью эрлифта.

Вместе с грунтом на поверхность из траншеи в больших количествах попадает глинистый раствор, который после очистки от грунта подается обратно в траншею.

Глинистые растворы лучшего качества получаются из монтмориллонитовых глин. В кристаллической решетке монтмориллонита кислородная поверхность одного слоя контактирует с такой же поверхностью соседнего слоя, поэтому связь между слоями слабая. Благодаря этому молекулы воды легко проникают в пространство между слоями, увеличивая расстояние между ними почти в 15 раз. Монтмориллонитовая глина способна образовывать устойчивую суспензию желеобразной консистенции, тиксотропную, то есть разжижающуюся при механическом воздействии.