№3 Строительство и архитектура. Опыт и современные

№3
Строительство и архитектура. Опыт и современные технологии.
2014
УДК 624.154
ТЕХНОЛОГИИ ОГРАЖДЕНИЯ КОТЛОВАНОВ В УСЛОВИЯХ
ПЛОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ
К. Р. Кашапова, О. В. Моисеева, С. В. Калошина
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
В данной статье представлены современные методы ограждения котлованов,
использующиеся в условиях плотной городской застройки, такие как «стена в грунте»,
шпунтовые ограждения и струйная цементация, приведены области их применения, а также
их достоинства и недостатки.
Ключевые слова: котлован, городская застройка, «стена в грунте», шпунт, Jet grouting.
Существенная особенность строительства в стесненных условиях - обеспечение
сохранности существующих зданий, сооружений и их оборудования путем предотвращения
значительных осадок основания. Разработка котлованов и другие виды подземных работ
вблизи существующих зданий и сооружений нарушают существующее напряженнодеформированное состояние грунта и, следовательно, могут послужить причиной
негативных процессов, развивающихся в грунтовых основаниях уже существующих зданий.
Степень развития этих процессов зависит от совокупности многих факторов: инженерногеологических особенностей основания, уровня грунтовых вод, конструкции крепления стен
котлованов и методов проходки выработок, технологии выполнения работ, расположения
фундаментов существующих зданий от котлованов и выработок, конструктивных
особенностей и категории состояния зданий.
Решение устройства котлованов в условиях плотной городской застройки, зачастую
оборачивается не только созданием дискомфортных условий для проживающих или
работающих в близлежащих зданиях людей. Практика строительства показывает, что
дополнительные расходы, связанные с необходимостью укрепления стен котлованов и
ремонтом деформированных зданий
существенно превышают стоимость затрат на
проектирование и выполнение рассматриваемых работ [1, 2].
Таблица 1
Сравнительная таблица методов ограждения котлованов
Метод
Грунты
Стена в грунте
Любые дисперсные
грунты
Jet grouting
Любые типы грунтов,
включая
органические
Шпунтовые
ограждения
Пески и глинистые
грунты,
влагонасыщенные
грунты
Область применения
- При глубине до 30 м;
- При больших размерах в плане;
- При сложной форме сооружения;
- При высоком уровне грунтовых вод;
- При устройстве анкерных креплений;
- При создании противофильтрационных
завес;
- При укреплении грунта вокруг
строящихся зданий и сооружений;
- Укрепление склонов и откосов;
- Защита от паводков;
- При грунтовых водах;
- При устройстве подпорных стен;
№3
Строительство и архитектура. Опыт и современные технологии.
2014
В этом случае необходимо правильно выполнить ограждение котлована, что можно
сделать несколькими различными способами: «стена в грунте», путем устройства котлована
со шпунтовым ограждением и методом Jet grouting. Выбор одного или другого метода
осуществляется из условий залегаемых на строительной площадке грунтов, а также
назначения здания или сооружения.
В условиях плотной городской застройки устройство ограждений котлованов методом
“Стена в грунте” часто является оптимальным. Ограждение, выполненное данным способом,
одновременно воспринимает боковое давление грунта, является противофильтрационной
завесой, а также воспринимает при необходимости вертикальные нагрузки, в отдельных
случаях, уменьшает влияние котлована на близлежащую застройку.
Способы устройства «Стены в грунте»:
1)
Свайный способ устройства - способ,при котором ограждающая конструкция
выполнена из буросекущихся свай
диаметром 600 мм или из бурокасательных свай
диаметром 600…800 мм с “замковыми” элементами из микросвай;
2)
Траншейный способ - выполняется разработка траншей плоским грейфером
толщиной 600мм под защитой бентонитового или полимерного тиксотропного раствора, с
последующим устройством сплошной бетонной монолитной стены.
Рис.1 Технологический процесс возведения «Стены в грунте»
1—устройство форшахты (укрепление верха траншеи); 2 — рытье траншеи на длину за
хватки; 3 — установка ограничителей (перемычек между захватками); 4 — монтаж
арматурных каркасов; 5 — бетонирование на захватке методом вертикально перемещаемой
трубы.
При траншейном способе устройства «Стена в грунте» выполняется отдельными
захватками, вертикально разделенными на отдельные секции, которые бетонируются
последовательно или через одну в захватках траншеи. Затем выполняется устройство
форшахты, для предотвращения деформации, обрушения верха траншеи и фиксирования ее
положения в плане.
Для совместной работы секций предусматриваются необходимые конструктивные
решения стыков и замоноличивание верха стены
с непрерывным горизонтальным
армированием. Стыки обеспечивают восприятие растягивающих усилий и совместную
работу секций стены.
Способ “стена в грунте” обладает рядом преимуществ по сравнению с другими
методами ограждения котлованов. Одна из отличительных черт - это возможность
№3
Строительство и архитектура. Опыт и современные технологии.
2014
устройства котлованов большой глубины (до 30 м) в непосредственной близости от соседних
зданий и сооружений, что очень важно как при строительстве в стесненных городских
условиях, так и при реконструкции.
Достоинства технологии «стена в грунте» позволяют ей быть одной из самых
востребованных в подземном строительстве и геотехнологии:
- Позволяет экономить до 65 % стоимости строительства объекта;
- Небольшая энергоемкость строительства;
- Увеличение скорости производства работ;
- Нет требуется перекрывать движение транспорта во время проведения работ;
- Отсутствие динамического воздействия на грунт основания;
- Низкий уровень шума [3].
В тех случаях, когда невозможно произвести работы по откопке котлованов с
устройством естественных откосов и для того, чтобы грунт не обрушился при сооружении
различных конструкций, используется установка шпунтового ограждения котлованов.
Шпутновое ограждения представляют собой сплошную стену забитых или вдавленных в
грунт железобетонных или стальных свай - шпунтов. Данная технология используется в
условиях плотной застройки, на влагонасыщенных грунтах, для усиления фундамента
существующих зданий, а также в других случаях.
В зависимости от размеров котлована, а также свойств грунта, находящегося ниже его
дна, применяют различные схемы шпунтовых, ограждений.
В настоящее время устраивают ограждения из полимерного шпунта и стальных свай.
Металлические (стальные) шпунты можно многократно забивать и извлекать из
грунта. Они удобны для перевозки и экономят затраты.
Из металлического шпунта можно устраивать ограждения, имеющие криволинейные
очертания в плане.
Стальной шпунт выпускают различных профилей: плоский, корытный, типа «Ларсен»
и шпунт Arcelor.
Шпунт Ларсена — металлический профиль, представляющий собой жёлоб c
закруглёнными краями боковых стенок (пазами) или замками.
Шпунты могут соединять в секции (по 2 или 3 шпунта). Длина шпунтов может
доходить до 34 метров. Кроме корытообразного профиля, выпускают Z-образный и плоский
шпунт, имеющий замки.
Отдельные шпунты при забивке дизельными молотами или вибропогружателями,
переворачивают друг относительно друга на 180° (если смотреть в профиль) и соединяют,
вставляя один шпунт в боковой паз (замок) соседнего. Полностью собранная конструкция
представляет собой кольцо или длинную стальную ограду (шпунтовую стенку) и не
пропускает даже воду.
Рис.2 Схема шпунтовой стенки из шпунта Ларсен
Шпунт Arcelor обладает меньшим количеством замков и большей шириной профиля, имеет
сниженный вес и минимизирует расходы на транспортировку, гидроизоляцию и т.д.
№3
Строительство и архитектура. Опыт и современные технологии.
2014
Основными характерными особенностями шпунта зетового профиля являются протяженная
стенка и специфическое расположение замков симметрично с обеих сторон нейтральной оси.
Оба аспекта оказывают положительное влияние на момент сопротивления.
Рис.3 Шпунт Arcelor зетового профиля
Полимерные шпунтины – это профильные синтетические пластины, изготавливаются из
ПВХ или композитных материалов.
Достоинства полимерного шпунта:
- Долговечны;
- Не требуют дополнительной наружной отделки;
- Легко транспортируются;
- Легко устанавливаются;
- Экологичность;
- Невысокая стоимость.
Области применения полимерного шпунта:
- Укрепление берегов водоемов;
- Строительство причалов, пирсов, пристаней, лодочных станций, доков, плотин;
- Укрепление склонов, откосов;
- Защита от паводков;
- Устройство подпорных стен.
Полимерные шпунты имеют конструкцию, которая исключает необходимость выемки грунта
при монтажа, а следовательно, сокращает срок строительства [4].
Рис.4 Полимерные шпунтины
Jet grouting (струйная цементация) - метод закрепления грунтов, основанный на
одновременном разрушении и перемешивании грунта высоконапорной струей цементного
раствора, в результате которой в грунте образуются грунтоцементные сваи диаметром
600…2000 мм.
Область применения грунтоцементных свай значительно расширяется за счет
возможности работать в особо трудных условиях, закрытых малых пространствах, как на
открытых площадках, так и в помещениях. Такая технология позволяет закреплять
практически весь диапазон дисперсных грунтов.
Сущность технологии заключается в применении энергии высоконапорной струи
цементного раствора для разрушения и одновременного перемешивании цементного
раствора с грунтом, формирования и набора прочности полученного элемента. Результатом
струйной цементации является новый материал – грунтобетон, со своими свойствами,
№3
Строительство и архитектура. Опыт и современные технологии.
2014
которые зависят от параметров технологического процесса и свойств грунта основания, а
также обладают более высокими прочностными и деформационными характеристиками.
С помощью технологии Jet grouting возможно решение следующих задач:
- Устройство подпорных стен;
- Ограждение котлованов;
- Усиление всех типов фундаментов;
- Устройство противофильтрационных завес и экранов;
- Армирование грунтов;
- Закрепление грунтов в оснований с целью повышения прочности
и
деформационных характеристик;
- Устройство буровых свай.
Основные достоинства технологии струйной цементации грунтов:
- Высокая скорость производства работ ;
- Выполнение работ в стесненных условиях, в том числе плотной городской
застройки;
- Отсутствие динамических воздействий;
При ограждении котлованов конструкция из грунтоцементных свай не только
воспринимает
горизонтальные
и
вертикальные
нагрузки,
но
и
является
противофильтрационной завесой.
Рис.5 Схема технологического процесса при струйной цементации
а – бурение лидерной скважины; б – размыв грунта раствором; в – создание сваи при
подъеме монитора из готовой скважины; г – готовая свая
Выбор метода ограждения котлована связан с конкретными условиями строительства:
инженерно-геологическими изысканиями, назначения и сроков возведения здания или
сооружения, а также технико-экономическими показателями.
Библиографический список
1. Калошина С.В. Наиболее значимые факторы строительства при возведении зданий
в стесненных условиях / Калошина С.В., Пономарев А.Б. // Известия орловского
государственного технического университета. Серия Строительство и транспорт.
2007.
2. Influence of club foundations constructed in dense urban settings onsettlement of existing
buildings, A. B. Ponomarev, S.V. Kaloshina. Soil mechanics and foundation engineering.
2013. 50. №-5. С. 194-199.
3. Материалы сайта http://www.gssm.ru.
4. Материалы сайта http://www.beststroy.biz/ru.
5. Материалы сайта http://www.new-ground.ru.
№3
Строительство и архитектура. Опыт и современные технологии.
2014
Technology of fencing foundation pits in urban conditions
As the title implies the article describes modern mothods of fencing foundation pits used in dense
urban development, such as "slurry wall", sheet piling and jet grouting. Given sphere of their
application, and their advantages and disadvantages.
Key Words: Foundation pit, urban development, "slurry wall", sheet piling, jet grouting.
Bibliography list
1. Kaloshina S. V. Naibolee znachimye faktory stroitelstva pri vozvedenii zdanij v
stesnennyh usloviyah / Kaloshina S. V., Ponomarev A. B. // Izvestiya orlovskogo
gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya Stroitelstvo i transport. 2007.
2. Influence of club foundations constructed in dense urban settings onsettlement of existing
buildings, A. B. Ponomarev, S.V. Kaloshina. Soil mechanics and foundation engineering.
2013. 50. №-5. С. 194-199.
3. http://www.gssm.ru.
4. http://www.beststroy.biz/ru.
5.
http://www.new-ground.ru.