Строительство методом стена в грунте

Способ стена в грунте наиболее эффективен при устройстве противофильтрационных завес и возведении заглубленных сооружений, устройстве фундаментов и подпорных стен в неустойчивых грунтах. Сущность данного способа заключается в том, что узкие выемки для будущих стен и фундаментов роются на полную глубину, в выемках устраиваются стены, под защитой которых затем разрабатывается котлован, монтируются или бетонируются перекрытия, устанавливается оборудование, производятся отделочные, санитарно-технические, электромонтажные и другие работы.

Подземные сооружения в зависимости от гидрогеологических условий и глубины заложения осуществляют разными способами, основные из которых открытый, «стена в грунте» и способ опускного колодца.

Сущность технологии «стена в грунте» в том, что в грунте устраивают выемки и траншеи различной конфигурации в плане, в которых возводят ограждающие конструкции подземного сооружения из монолитного или сборного железобетона, затем под защитой этих конструкций разрабатывают внутреннее грунтовое ядро, устраивают днище и воздвигают внутренние конструкции.

В отечественной практике применяют несколько разновидностей метода «стена в грунте»:

- свайный, когда ограждающая конструкция образуется из сплошного ряда вертикальных буронабивных свай;

- траншейный, выполняемый сплошной стеной из монолитного бетона или сборных железобетонных элементов.

Технология перспективна при возведении подземных сооружений в условиях городской застройки вблизи существующих зданий, при реконструк­ции предприятий, в гидротехническом строительстве.             
С использованием технологии «стена в грунте» могут сооружаться:
- противофильтрационные завесы;

- туннели мелкого заложения для метро;

- подземные гаражи, переходы и развязки на автомобильных дорогах;

- емкости для хранения жидкости и отстойники;

- фундаменты жилых и промышленных зданий.

В зависимости от свойств грунта и его влажности применяют два вида возведения стен - сухой и мокрый.

Сухой способ, при котором не требуется глинистый раствор, применяется при возведении стен в маловлажных устойчивых грунтах. 

Свайные стены могут возводиться как сухим, так и мокрым способом, при этом последовательно бурится и бетонируется каждая свая.

Мокрым способом возводят стены подземных сооружений в водонасыщенных неустойчивых грунтах, обычно требующих закрепления стенок траншей от обрушения грунта в процессе его разработки и при укладке бетонной  смеси. При этом способе в процессе работы землеройных машин устойчивость  стенок выемок и траншей достигают заполнением их глинистыми растворами  (суспензиями) с тиксотробными свойствами. Тиксотробность - способность   раствора загустевать в состоянии покоя и сдерживать стенки траншей от обрушения, но и разжижаться от колебательных воздействий.

В выемках, отрытых до необходимых глубины и ширины под глинистым  раствором, этот раствор постепенно замещают, используя в качестве несущих или ограждающих конструкций монолитный бетон, сборные элементы,  различного рода смеси глины с цементом или другими материалами.

Наилучшими тиксотробными свойствами обладают бентонитовые глины. Сущность действия глинистого раствора заключается в том, что создается гидростатическое давление на стенки траншеи, препятствующее их обрушению, кроме этого на стенках образуется практически водонепроницаемая пленка из глины толщиной 2...5 мм. Глинизация стенок выемок позволяет отказаться от таких вспомогательных и трудоемких работ, как забивка шпунта, водопонижение и замораживание грунта.

 При отрывке траншей используют оборудование циклического и непре­рывного действия; обычно ширина траншей составляет 500...1б00 мм, но может доходить до 1500...2000 мм.

Для разработки траншей под защитой глинистого раствора применяют землеройные машины общего назначения - грейферы, драглайны и обратные лопаты; буровые установки вращательного и ударного бурения и специальные ковшовые, фрезерные и струговые установки.

Буровое оборудование позволяет устраивать «стену в грунте»в любых
грунтовых условиях при глубине заглубления до 100 м.                                      '

Нецелесообразно применять метод «стена в грунте» в следующих случаях:

■ в грунтах с пустотами и кавернами, на рыхлых свалочных грунтах;

■ на участках с бывшей каменной кладкой, обломками бетонных и железо­бетонных элементов, металлических конструкций и т.д;

■ при наличии напорных подземных вод или зон большой местной фильт­рации грунтов.

Наиболее простая технология работ при устройстве противофильтрационных завес, которые обычно выполняются из монолитного бетона, глин тяжелых, ломовых и твердых. Назначение завес - предохранение плотин от проникновения воды за тело плотины.

Противофильтрационная завеса может быть применена при отрывке кот­лованов для предохранения их от затопления подземными водами. Отпадает потребность в замораживании грунта или понижения уровня грунтовых вод иглофильтровыми понизительными установками. Завеса - решение постоян­ного действия, в то время как остальные методы используются только на период производства работ, хотя грунтовые воды могут быть очень агрес­сивными.

Работы по отрывке траншей, как и производство последующих работ, в случае близкого расположения фундаментов существующих зданий выпол­няют отдельными захватками, обычно через одну, т.е. первая, третья, вторая, пятая, четвертая и т.д.

Длину захватки бетонирования назначают от 3 до 6 м и определяют по следующим критериям:

■ условиям обеспечения устойчивости траншеи;

■ принятой интенсивности бетонирования;

■ типу машин, разрабатывающих траншею;

■        конструкции и назначению «стены в грунте».
Последовательность работ при устройстве монолитных конструкций по методу «стена в грунте» (рис. 1):

1) забуривание торцевых скважин на захватке;

2) разработка траншеи участками или последовательно на всю длину при постоянном заполнении открытой полости бетонитовым раствором с огра­ничителями, разделяющими траншею на отдельные захватки;

3) монтаж на полностью отрытой захватке арматурных каркасов и опус­кание на дно траншеи бетонолитных труб;

4) укладка бетонной смеси методом вертикально перемещаемой трубы с вытеснением глинистого раствора в запасную емкость или на соседний, раз­рабатываемый участок траншеи.

Арматура - пространственный каркас из стали периодического профиля
должен быть уже траншеи на 10... 12 см. Перед опусканием арматурных
каркасов в траншею стержни целесообразно смачивать водой для уменьшения толщины налипаемой глинистой пленки и увеличения сцепления арматуры с бетоном.

Бетонирование осуществляют методом вертикально перемещаемой трубыс непрерывной укладкой бетонной смеси и равномерным заполнением смесью всей захватки снизу вверх.

Бетонолитные трубы - металлические трубы диаметром 250...300 мм,  толщина стенок 8... 10 мм, горловина - на объем трубы, съемный клапан ниже горловины, пыжи из мешковины.

Ограничители размеров захватки:

■ при глубине траншеи до 15 м трубы диаметром, меньшим ширины тран­шеи на 30...50 мм; их извлекают через 3...5 ч после окончания бетонирования на захватке, и образовавшаяся полость сразу заполняется бетонной смесью;

■        при глубине траншеи до 30 м устанавливают ограничитель в виде сталь­ного листа, который приваривается к арматурному каркасу; при необходимо­сти лист усиливается приваркой швеллеров.

При длине захватки более 3 м бетонирование обычно осуществляют че­рез две бетонолитные трубы одновременно. Для повышения пластичности бетона и его удобоукладываемости применяют пластифицирующие добавки - спиртовую барду, суперпластификаторы.

Перерывы в бетонировании - до 1,5 ч летом и до 30 мин - зимой.

Бетонную смесь укладывают до уровня, превышающего высоту конст­рукции на 10... 15 см для последующего удаления слоя бетона, загрязненного глинистыми частицами. При использовании виброуплотнения вибраторы укрепляют на нижнем конце бетонолитной трубы. При трубах длиной до 20 м применяют один вибратор, при длинах до 50 м - два вибратора.

Трубы на границе захваток обязательно извлекают. Раннее извлечение приводит к разрушению кромок образовавшейся сферической оболочки, что нежелательно, а позднее приводит к защемлению трубы между бетоном и землей и требуются значительные усилия для ее извлечения. Поэтому часто просто ставят неизвлекаемые перемычки из листового железа, швеллеров или двутавров, обязательно привариваемых к арматурным каркасам соору­жения.

Иногда для укрепления устья траншеи от разрушения и осыпания уст­раивают из сборных элементов или металла форшахты - оголовки траншей глубиной до 1 м для усиления верхних слоев грунта, или это траншея с укре­пленными на глубину до 1 м верхними частями стенок.

Недостатки монолитного решения «стены в грунте»: ухудшается сцеп­ление арматуры с бетоном, так как на поверхность арматуры налипают час­тицы глинистого раствора; много сложностей возникает при производстве работ в зимних условиях, поэтому, когда позволяют условия, используют сборный и сборно-монолитные варианты.

Применение сборного железобетона позволяет:

■        повысить индустриальность производства работ;

■ применять конструкции рациональной формы: пустотные, тавровые и двутавровые;

■        иметь гарантии качества возведенного сооружения.

Недостатки сборного железобетона: требуется специальная технологи­ческая оснастка для изготовления изделий, каждый раз своего сечения и длины; сложность транспортирования изделий на строительную площадку; требуются мощные монтажные краны; стоимость сборного железобетона значительно выше, чем монолитного.

Вертикальные зазоры между сборными элементами заполняются це­ментным раствором при сухом способе производства работ. При мокром способе наружную пазуху траншеи заполняютцементно-песчаным раствором, а внутреннюю - песчано-гравийной смесью. Наружное заполнение в дальнейшем будет служить в качестве гидроизоляции. Применяют два варианта сборно-монолитного решения:

 1) нижняя часть сооружения до определенного уровня состоит из моно­литного бетона, вышележащие конструкции - из сборных элементов;

 2) сборные элементы применяют в виде опалубки - облицовки устанавли­вают к внутренней поверхности траншеи, наружная полость заполняется монолитным бетоном.

При строительстве туннелей и замкнутых в плане сооружений после уст­ройства стен грунт извлекается из внутренней части сооружения и его отво­зят в отвал, днище бетонируют или устраивают фундаменты под внутренние конструкции сооружения.

           

Рис.1. Технологическая схема устройства стены в грунте:

 

1- устройство форшахты (укрепление верха траншеи); 2 — рытье траншеи на длину | захватки;

 3 — установка ограничителей (перемычек между захватками); 4 — монтаж арматурных каркасов;

 5 — бетонирование на захватке методом вертикально перемещаемой трубы