Лекция №11. Технология строительства подземных сооружений методом «опускного колодца».

При этом способе возведения подземных зданий и сооружений используют опускание железобетонного колодца в тиксотропной рубашке, с пригрузом домкратами с целью принудительного регулирования процесса, вибропогружение, сооружение подземных колодцев подращиванием (рис. 1).

При опускании колодца зазор между грунтом и стенами заполняют бентонитовой суспензией, снижающей трение по боковой поверхности. Тиксотропная рубашка обеспечивает устойчивость грунтового массива, возможность применения сборных конструкций, не требует проведения специальных методов закрепления грунтов, гарантирует надежность, способствует повышению безопасности работ и сокращению сроков строительства. Способ можно применять практически в любых несвязных грунтах при отсутствии в них крупных пустот или карстов, куда может уходить глинистый раствор.

Работы ведут в такой последовательности: на поверхности земли оборудуют площадку, в пределах которой размещают необходимое оборудование для приготовления глинистого раствора, водоотлива; изготовляют оболочку на поверхности земли или на дне котлована, вскрываемого на глубину до 1,5...2 м и покрытого подготовкой толщиной до 0,3 м из щебня (гравия). Сначала устраивают ножевую часть на подкладках из шпал (бетонных блоков и др.) и тщательно ее выравнивают (отклонение по высоте ± 2 мм и в плане ± 5 мм).

Оболочку из монолитного железобетона изготовляют в стальной, деревянной или несъемной опалубке из железобетонных плит. Сборные оболочки выполняют из отдельных сборных элементов с заделкой стыков; во время монтажа их закрепляют в кондукторах.

До начала погружения устраивают форшахту (см. рис. 1), заполняя глинистым раствором, уровень которого должен не менее чем на 1 м превышать уровень поверхности земли для предотвращения обрушения грунта в верхней части тиксотропной рубашки. Форшахту целесообразно выполнять в виде монолитного железобетонного кольца шириной 0,06 диаметра колодца, под которым устраивают подушку из шлака или песка толщиной до 0,5 м. Затем оболочку снимают с подкладок, подкладки удаляют равномерно по периметру оболочки, в последнюю очередь убирают фиксированные, расположенные в соответствии с расчетной схемой оболочки на изгиб. Под ножевую часть подбивают песчаный грунт. Затем внутри оболочки послойно в радиальном направлении разрабатывают грунт от центра колодца к стенам полосами, оставляя у ножевой части защитные бермы. В слабых грунтах ножевая часть должна быть все время заглублена в грунт (чтобы глинистый раствор из кольцевого зазора не прорвался под нож, для чего уровень разработки грунта должен быть не менее чем на 0,5...1 м выше банкетки ножа).

Плотные связные грунты, а также крупнозернистые пески, галечник или гравий разрабатывают грейферами, несвязные (мелкозернистые пески, супеси), а также неустойчивые – гидромониторами и удаляют эрлифтами или гидроэлеваторами по пульповоду. При этом размыв грунта ведут от центра к ножевой части, обеспечивая уклон для стока пульпы.

Рис. 1. Возведение зданий опускным способом:
а – в тиксотропной рубашке; б – с принудительным регулированием; в – подращиванием; г... е – узлы сборных элементов стен соответственно горизонтальные и вертикальные, а также перекрытии со стелой; ж стыки стены с днищем, 1 – колодец; 2 – подача жидкости; 3 – форшахта; 4 – ножевая часть; 5 – домкрат; 6 – оттяжка; 7 –свая с уширением; 8 – сборный тюбинг; 9 – сборный блок; 10 – сварной шов; 11 – замоноличенный стык; 12 – дополнительные сетки; 13 – бетон; 14 – монолитная стена; 15 – днище; 16 – перекрытие.

Грунт для крупных оболочек вынимают экскаваторами и бульдозерами, установленными в забое, и удаляют бадьями или контейнерами, которые подают кранами на поверхность земли. При необходимости производят водоотлив или искусственное понижение уровня грунтовых вод. В несвязных водонасыщенных грунтах в ряде случаев применяют гидравлический пригруз, создаваемый при затоплении колодца до уровня, на 0,5...1 м превышающего отметку горизонта грунтовых вод. Ножевая часть оболочки должна быть заглублена в грунт не менее чем на 1...1,5 м. Грунт разрабатывают подводным способом, применяя обычно грейферные снаряды.

В кольцевой зазор толщиной 10...15 см подают глинистый раствор, который доставляют непосредственно на место работ.

Если оболочка имеет сравнительно небольшие размеры сечения и погружается неглубоко через толщу связных грунтов, глинистый раствор подают через форшахту. Для крупных оболочек в несвязных грунтах глинистый раствор нагнетают в нижнюю часть рубашки над уступом ножевой части. Для этого с наружной или внутренней стороны оболочки монтируют стальные трубы диаметром 40...50 мм через 3...5 м по периметру. В нижней части каждой трубы делают перфорацию на длине 0,6...1 м. Так как глинистый раствор в тиксотропной рубашке находится под давлением, при погружении оболочки необходимо принимать меры по недопущению попадания раствора под ножевую часть (устраивают глиняный замок или резиновую уплотнительную манжетку высотой не менее 0,6м).

При опускании колодцев в тиксотропной рубашке возможны крены, для устранения которых нужно разработать грунт со стороны, противоположной крену, на длине менее половины периметра оболочки и на глубину не более 50...70 см с одновременным замедлением опускания опережающей части ножа подведением под него подкладок.

В процессе опускания оболочки производят тщательный геодезический контроль за ее положением. Па наружной поверхности стен устанавливают наблюдательные контрольные марки или стальные рейки. Отклонения оболочки определяют по данным нивелирования четырех марок одного горизонта; тангенс угла отклонения от вертикали не должен превышать 0,01, а горизонтальное смещение не должно быть более 1 % глубины погружения.

Точность опускания контролируют автоматизированными системами, при помощи которых измеряют напряжения в конструкции, давление глинистого раствора в тиксотропной рубашке, регулируют режим. Точность погружения зависит от толщины тиксотропной рубашки и скорости опускания и повышается с уменьшением этих величин. Для повышения точности опускания колодцев используют вибропригруз ножевой части: на оболочке закрепляют мощные вибропогружатели (ВПП-2), которые соединяют с ножевой частью; так как колебания опасны для оболочки, то вибраторы рекомендуется включать после погружения оболочки на 6...8 м.

Эффективно принудительное регулирование с использованием гидравлических домкратов и анкерных свай. До возведения оболочки по ее контуру пробуривают скважины с уширением ниже днища будущего сооружения. В скважинах заделывают тяжи из высокопрочной проволоки, которые пропускают через каналы в оболочке, прикрепляя их к гидравлическим домкратам, установленным на обвязочном поясе (см. рис. 1).

Сначала разрабатывают грунт, затем включают домкраты и заделывают оболочку на высоту одного яруса. Изменяя усилия различных домкратов, регулируют глубину задавливания ножевой части, управляют процессом погружения. После опускания оболочки на проектную отметку тяжи заделывают в каналах, превращая их в анкеры, препятствующие всплытию опускного сооружения. Можно погружать оболочки гидравлическими домкратами, упирающимися в воротник форшахты или в специально созданные упоры.

В последние годы разработан способ погружения оболочек в двусторонней тиксотропной рубашке. Траншея располагается с внутренней и с наружной сторон оболочки. Конструкция ножевой части должна иметь выступ для устройства тиксотропной рубашки с внутренней стороны. Для гидравлической связи наружной и внутренней тиксотропных рубашек в стенах оболочки устраивают горизонтальные каналы и таким образом регулируют поступление глинистого раствора. При этом облегчается разработка грунта в оболочке, не нужен водоотлив при заглублении сооружения в слой водоупора.

Предусматривают мероприятия для посадки колодца на проектную отметку: останавливают погружение за 1...1,5 м от проектной отметки, бетонируют днище на проектной отметке и затем опускают на него колодец; устраивают уширение (воротник) в верхней части сооружения, чтобы он опирался на грунт при достижении колодцем проектного положения; в сухих грунтах заглубляют нож в водоупорный слой не менее чем на 1 м и затем бетонируют днище. В водонасыщенных грунтах используют метод вертикально перемещающейся трубы (ВПТ) или восходящего раствора (ВР) для бетонирования подушки, на которой затем выполняют железобетонное днище.

Подращиванием сооружают объекты в прочных грунтах, например, скальных или полускальных, в том числе со структурными ослаблениями массива, с выветриванием в верхней зоне Сооружение возводят из сборных железобетонных ребристых тюбингов или плоских панелей, соединяемых болтовыми соединениями с омоноличиванием или на сварке. У забоя в этом методе допускается незакрепленный участок вертикального откоса, высота которого зависит от прочности и устойчивости грунта. Допускается обрушение неустойчивых, структурно ослабленных участков грунта к подошве забоя.

Во время подращивания откос грунта постоянно опирается вверху на оголовок или ярусы из подращенной обделки с тампонажем, а внизу – на грунт подошвы забоя. За счет арочного эффекта в грунте допускается расчетная высота одного яруса (расстояние от закрепленного участка до днища забоя) в скальных грунтах 3...5, в полускальных – 2...3, в твердых глинах – 1,5...2 м (см. рис. 1).

При расчете оболочек наружных стен принимают шарнирное примыкание днища и междуэтажных перекрытий. В вертикальном направлении стены оболочки во время подращивания работают на растяжение, вызываемое весом подвешенных, но не за тампонированных колец сборных стеновых элементов. После изготовления днища стены начинают работать на сжатие от вертикальных нагрузок. В конструкциях оболочек из тюбингов усилия передаются через болты горизонтального стыка. В конструкциях оболочек со сварными швами вертикальную арматуру устанавливают в швах, а сечение полосовых накладок учитывают в расчетном сечении арматуры. Перекрытия опирают на оболочку шарнирно (см. рис.1).