Возведение подземных сооружений способом «стена в грунте»

Сущность способа состоит в возведении стен сооружений в узких и глубоких траншеях, стенки которых удерживаются от обрушения тиксотропной глинистой суспензией в результате создания гидростатического давления на грунт.

Устойчивость стенок от обрушения обеспечивается соблюдением условий: Рр ³ 1,1 (Ргр + Рв), где Рр - равнодействующая гидростатического давления глинистой суспензии (раствора); Ргр - то же, гидравлическое давление грунта; Рв - то же, гидростатическое давление грунтовых вод.

Давление глинистого раствора и подземных вод определяется в зависимости от их плотностей: Рр = Рр(Н - h р ); Ргр = Ргр(Н - h гр ), где h р и h гр - расстояние от поверхности грунта до уровня глинистого раствора и уровня грунтовых вод; Н - глубина траншеи; Рр и Ргр - плотность раствора и грунта.

Эти соотношения позволяют в зависимости от гидрогеологических условий осуществлять подбор плотности глинистой суспензии, обеспечивающей устойчивое состояние стенок траншеи. При расчете устойчивости стенок необходимо учитывать условия производства работ, воздействие динамических нагрузок от машин и механизмов, существенно влияющих на характер напряженного состояния грунтового массива траншеи.

Процесс закрепления и удержания от обрушения вертикальных стенок траншеи осуществляется в результате разработки грунта специальными машинами с одновременной подачей глинистой суспензии. Она соприкасается с поверхностью траншеи, проникает в прилегающие слои, создавая заглинизированный слой. Тиксотропная суспензия переходит в гелиевое состояние и связывает частицы грунта, образуя корку. Сочетание гидростатического давления с образующейся коркой способствует удержанию стенок траншеи от обрушения. Однако со временем в результате фильтрации чистой воды, отделяющейся от суспензии, возникает подъем грунтовых вод в окружающем массиве, который может привести к обрушению стенок траншеи. Поэтому продолжительность устойчивого состояния стенок ограничено и зависит от уровня грунтовых вод и фильтрационных свойств корки, образующейся на стенках траншеи.

Необходимая плотность глинистой суспензии определяется из соотношения ргс = q гс / H , где q гс - интенсивность давления глинистой суспензии; H - глубина траншеи.

Для длинных и глубоких траншей в грунтах, не обладающих достаточной прочностью, могут образовываться клинья сползания или зоны обрушения стенок.

Неустойчивое состояние стенок повышается при движении транспорта или ударных процессах рабочего органа грейферных экскаваторов.

Снизить вероятность обрушения стенок возможно путем уменьшения длины или изменения формы траншей в плане. При этом равнодействующая бокового давления грунта может быть оценена следующей эмпирической зависимостью:

где В - ширина и Н - глубина траншей; q - угол наклона плоскости скольжения; j - угол внутреннего трения для грунтов различной категории.

Установлено, что определяющим фактором повышения угла наклона плоскости скольжения q является отношение длины траншей к их глубине. При в пределах 0,1-0,2 значение угла q приближается к 90°, в то время как для - 50-65°.

Повышение устойчивости стенок траншей обеспечивает технологическую надежность производства работ в сложных инженерно-геологических условиях, особенно при возведении сооружений большой глубины. Применение коротких захваток позволяет снизить расход глинистой суспензии и, соответственно, удельную стоимость производства работ.

Способ «стена в грунте» обладает рядом преимуществ и открывает большие возможности для возведения подземных объектов на застроенных территориях городов.

Строительство этим способом имеет следующие преимущества: возможность устройства в непосредственной близости от существующих зданий глубоких выемок любой конфигурации в плане; производить работы, резко уменьшающие объем временных земляных выемок; полное или частичное исключение необходимости применения водопонижения, что особенно важно при строительстве на площадках с высоким уровнем грунтовых вод.

Перечисленные преимущества в полной мере отвечают задачам освоения подземного пространства при возведении заглубленных объектов в стесненных условиях городской застройки.

Конструктивные схемы сооружений, выводимых способом «стена в грунте», достаточно разнообразны и зависят прежде всего от глубин заложения и гидрогеологических условий площадки.

Для сооружений мелкого заложения до 5-6 м используются консольные стены с заглублением стен ниже днища. Такое решение обеспечивает устойчивость и требуемую несущую способность без применения каких-либо дополнительных мероприятий.

В сооружениях глубиной залегания днища 8-10 м используются контрфорсы, распорки или дополнительные анкерные устройства. Расположение устройств в верхней части и заглубление ниже днища стен обеспечивают защемление стен по периметру и повышение их несущей способности.

При возведении сооружений глубиной более 10 м применяют распорную систему или грунтовые анкеры, расположенные в нескольких уровнях по высоте.

Применяемые технологические решения для обеспечения устойчивости стен рассчитаны на период разработки грунта. Для сооружений глубокого заложения по мере выполнения земляных работ осуществляется устройство анкеров, обвязочных балок, распоров и подкосов. Такое решение необходимо для восприятия нагрузок от бокового давления фунта. В дальнейшем при устройстве встроенного каркаса сооружения эти нагрузки воспринимаются элементами каркаса.

Выбор конструктивной схемы сооружения решается на основе расчетов прочности и устойчивости сооружения на всех стадиях строительства с учетом особенностей технологии производства работ.

Наиболее рациональной является схема производства работ, когда по мере разработки грунта стены закрепляются временными или постоянными анкерами. Это обстоятельство обеспечивает создание большого фронта работ по устройству внутреннего каркаса и перекрытий.

Конструктивные решения «стен в грунте» могут выполнятся: монолитными бетонными и железобетонными; сборно из одно- или многоярусных панелей с вертикальными или горизонтальными стенками; сборно-монолитными из вертикальных панелей, пространство между которыми выполняется в монолитном железобетоне; комбинированными системами, включающими сборные и монолитные элементы стен.

Достаточно высокое требование предъявляется к подбору состава бетона, его реологическим и технологическим свойствам. При устройстве стен из монолитного железобетона должен применяться гидротехнический тяжелый бетон класса В20 и выше. Марка бетона по водонепроницаемости должна находиться в пределах F 150- F 300. Для обеспечения водонепроницаемости используют бетон с модифицированными добавками, пластифицирующими и замедлителями твердения. В зависимости от гидрогеологических условий количество добавок и свойства бетонной смеси корректируются в процессе разработки проекта производства работ.