Ограждение котлованов

Ограждение котлованов

Ограждение котлованов способом «стена в грунте» является одним из наиболее прогрессивных и универсальных для устройства подземных сооружений, возводимых в открытых котлованах.

По назначению различают три типа стен: несущие, ограждающие и противофильтрационные; по материалам - монолитные, сборные и сборно-монолитные стены.

Технология строительства состоит из пяти основных технологических этапов:

  • разработка траншеи под защитой глинистого раствора;
  • установка арматурного каркаса;
  • заполнение траншеи монолитным или сборным железобетоном;
  • разработка грунта в ядре сооружения с замоноличиванием стыков и устройством распорных конструкций;
  • устройство днища внутренних конструкций.

Способ «стена в грунте» позволяет осуществлять строительство:

  • в непосредственной близости от существующих зданий и сооружений;
  • при значительной глубине сооружения (до 30 м);
  • при больших размерах в плане и сложной форме сооружения;
  • при высоком уровне подземных вод.

По грунтовым условиям «стена в грунте» может применяться в любых дисперсных грунтах.

При устройстве больших котлованов, внутри которых возводится здание или сооружение, ограждающие конструкции, выполненные методом «стена в грунте», используют как внешние стены подвальных помещений. В этом случае нагрузка от здания передается на фундаменты, не связанные с ограждающими стенами.

При необходимости ограждающие конструкции, устраиваемые методом «стена в грунте», могут выполнять двойную функцию: являются и ограждением котлована, и конструктивным элементом, но при этом изменяется конструктивная схема подземной части здания и производится два расчета: на ограждение котлована «стена в грунте» и на боковое давление грунта и расчет «стены» на вертикальную нагрузку.

Современные технологии позволяют устраивать конструкции подземных сооружений разных форм, но традиционными и наиболее часто встречающимися являются конструкции из прямолинейных стенок.

Расстояние между стенками, как правило, принимается до 15–20 м из расчета прочности и устойчивости распорных конструкций. При расстоянии более 20 м устойчивость стен обеспечивается анкерами. Обеспечение устойчивости «стен в грунте» за счет применения наклонных анкеров является наиболее простым и дешевым мероприятием.

При наличии грунтов, содержащих твердые включения природного или техногенного происхождения (крупные валуны, обломки бетонных конструкций, каменной кладки и др.) при проходке траншеи используется техника, оснащенная фрезерным оборудованием, например, фирм «Бауэр», «Касагранде».

Использование грейферного оборудования, которым крупные включения извлекаются, может привести к деформированию стенки траншеи, падению уровня тиксотропного раствора и деформациям окружающего массива и близрасположенных зданий.

Технологические приемы, применяемые для омоноличивания (тампонажа) стыков при устройстве «стен в грунте», должны обеспечивать достаточную прочность и водонепроницаемость стыков.

Технология устройства «стены в грунте» отдельными захватками (опережающими и соединительными) предусматривает установку арматурных каркасов и бетонирование в опережающих захватках и последующую разработку соединительных захваток со срезкой бетона толщиной 0,15 м с торцевых кромок опережающих захваток с последующей установкой каркасов и бетонированием. Такая технология обеспечивает монолитность «стены в грунте» и отсутствие холодных и грязевых швов в стыках.

Для надежного уплотнения проблемных стыков между панелями траншейных стен, как показал опыт строительства, успешно может быть применена технология струйной цементации «jet-grouting». При этом цементационные работы могут выполняться как снаружи ограждающих котлован стен, так и изнутри котлована до его разработки. С этой целью в зависимости от прогнозируемой величины раскрытия стыков с глубиной могут быть применены неармируемые или армируемые металлическими трубами грунтоцементные колонны диаметром 60 или 80 см.

Для разработки грунтового ядра внутри подземного сооружения, возводимого способом «стена в грунте», рекомендуется применять технологию, которая предусматривает разработку вначале центральной части грунтового массива внутри сооружения на глубину одного яруса с сохранением по периферии неразработанных участков. Такой прием облегчает работу ограждающей конструкции. Затем монтируются распорные конструкции и разрабатывается оставшаяся часть грунта. На следующей заходке цикл повторяется.

Новым и прогрессивным является также способ разработки грунта в котловане через перекрытия в многоуровневых подземных сооружениях. В этом случае дополнительная крепь ограждающих стен не применяется.

Для повышения индустриальности ведения работ и качества стен рекомендуется применять сборный или сборно-монолитный вариант. Сборная или сборно-монолитная «стена в грунте» позволяет увеличить скорость возведения конструкции и снизить ее трудоемкость, а также снизить расход бетона.

Применение для ограждения котлованов технологии «стена в грунте» в виде сборной или сборно-монолитной конструкции позволяет получить:

  • гарантированную марку бетона стен по прочности и водонепроницаемости;
  • гарантированную геометрию и чистую поверхность стен;
  • возможность установки в заводских условиях закладных деталей и сальников для подводки коммуникаций;
  • увеличение скорости возведения конструкции на 15 - 20 %;
  • снижение трудоемкости работ.

В качестве конструкций сборной «стены в грунте» хорошо зарекомендовали себя шпунтовые панели ПШС-50, разработанные ОАО «ЦНИИС» (Москва). Панели шириной 1,5 м, толщиной 0,5 м и длиной, равной глубине траншеи, соединяются друг с другом посредством пазового замка.

Другая конструкция «стены в грунте» с листовой арматурой состоит из сборных железобетонных стеновых блоков, устанавливаемых в заполненную глинистым раствором траншею с определенными интервалами и монолитных участков между ними из бетона или цементного раствора траншеи.

Стеновые блоки поперечного сечения 600´600 мм, длиной до 25 м и массой 15 - 20 т имеют полуцилиндрические боковые поверхности, снабженные со стороны подземного сооружения листовой арматурой толщиной 6 - 10 мм, которая может служить гидроизоляцией. Блоки изготавливаются в заводских условиях из тяжелого бетона класса В22,5 - В30, марки по водонепроницаемости W4 - W6. Конструкция сборно-монолитной стены толщиной 600 мм может быть использована при глубине «стены в грунте» до 28 м в различных инженерно-геологических условиях.

К недостатку данной конструкции относятся малые осевые нагрузки, передаваемые от армированного бетонного стенового блока на бетонное заполнение в стене, а также малые осевой нагрузки, передаваемые в стене через бетонное заполнение на армированный бетонный стеновой блок в условиях действия на стену вертикальных и горизонтальных нагрузок. Другими словами, основным недостатком сборной стены является недостаточное сцепление стенового блока и бетонного заполнения в условиях сложного пространственного нагружения.

Применение струйной цементации (технологии «jet-grouting») в подземном строительстве

Технология струйной цементации или технология «jet-grouting» заключается в разрушении и перемешивании грунта высоконапорной струей цементного раствора, исходящего под высоким давлением из монитора, расположенного на нижнем конце буровой колонны. В результате в грунтовом массиве формируются сваи диаметром 0,6 - 1,5 м из нового материала - грунтобетона с достаточно высокими несущими и противофильтрационными характеристиками.

Устройство свай из грунтобетона выполняется в два этапа: производство прямого (бурение скважины) и обратного хода буровой колонны. В процессе обратного хода производят подъем колонны с одновременным ее вращением. При этом поднимают давление цементного раствора, который поступает в сопла монитора, создающие струю с высокой кинетической энергией.

Сваи, образуемые с использованием струйной технологии, могут быть круглого сечения, а также секущиеся.

Технология струйной цементации может быть эффективно применена при решении следующих задач подземного строительства:

  • сооружение ленточных в плане конструкций типа «стена в грунте»;
  • устройство анкерных креплений;
  • укрепление грунта вокруг строящихся подземных сооружений;
  • создание противофильтрационных завес.
  • уплотнение стыков между панелями траншейных «стен в грунте».

К основным преимуществам технологии относятся следующие: высокая производительность, простота, экономичность, возможность работы в стесненных условиях (вблизи существующих зданий, в подвалах), отсутствие негативных ударных воздействий.

Конструкция ограждения котлована может выполняться из одного ряда секущихся грунтоцементных свай (например, диаметром 600 мм с шагом 500 мм) или с расположением свай меньшего диаметра в два ряда в шахматном порядке. Для крепления такого ограждения также могут быть применены грунтоцементные сваи, наклоненные под углом 30 - 45° к вертикали. Сваи ограждения и крепления объединяются поверху монолитной железобетонной обвязочной балкой.

Для повышения устойчивости стен, выполненных методом струйной цементации, применяют их армирование стальными трубами или прокатными балками.

Оборудование для реализации струйной цементации включает: буровую установку, растворонасос с давлением нагнетания цементного раствора 400-500 атм, миксерную станцию, силос, рукава высокого давления, гидромонитор и керамические сопла.

Основные параметры струйной технологии с использованием импортного оборудования следующие:

  • водоцементное отношение раствора - В/Ц = 0,8-1;
  • диаметр сопел - 2 - 4 мм (количество сопел - 1 - 2 шт.);
  • диаметр подающего шланга - 25,4 мм;
  • рабочее давление подачи раствора - 410 - 440 атм.

Применение технологии «jet-grouting» на ряде объектов в сложных инженерно-геологических условиях показало эффективность и перспективность этой технологии как при новом строительстве, так и при реконструкции зданий, выполняемых в условиях тесной городской застройки.

Ограждение котлованов из буронабивных свай

Ограждение из буронабивных свай относится к малодеформирующимся видам крепления и его целесообразно применять в случае больших нагрузок на бровке котлована, а также на сами сваи при использовании их в качестве несущего элемента строящегося сооружения.

В качестве ограждения котлованов из буронабивных свай применяют три группы свайных стен: с прерывистым расположением свай, с касательным их сопряжением и секущиеся сваи.

Стены с прерывистым расположением свай устраиваются в сухих связных грунтах, способных держать вертикальный откос 1 - 2 м. Промежуток между сваями для предотвращения местных вывалов защищается затяжками из досок, тонких железобетонных плит, гофрированных стальных листов или бетонной затяжкой. Стены с касательным сопряжением свай используются в несвязных грунтах, чтобы избежать осыпания грунта между сваями при раскрытии котлована, а следовательно и осадок поверхности.

Стены из буросекущихся свай сооружают, когда дно котлована ниже подземных вод. На первом этапе изготавливаются через одну сваи без армирования, на втором - между ними устраиваются сваи таким образом, чтобы бетон соседних свай частично подрезался. Сваи второго этапа армируются. Благодаря полученному сцеплению образуется сплошная прочная стена с повышенной водонепроницаемостью. Врезка в бетон соседних свай составляет 80 - 150 мм в зависимости от диаметра свай, который составляет от 600 до 1300 мм.

К преимуществам ограждений из буронабивных свай следует отнести:

  • возможность использования в качестве основания прочных грунтов, залегающих на большой глубине;
  • возможность устройства свай разной длины, опирающихся на необходимой отметке при резко пересеченном рельефе кровли прочных грунтов, принятых за основание свай;
  • возможность устройства ограждений стен котлованов, когда уровень подземных вод залегает выше уровня дна котлована;
  • возможность устройства свай без армирования в нижней ее части, где отсутствует передача моментов и горизонтальных сил;
  • отсутствие существенных вибраций и сотрясений в процессе производства работ.

Устройство буронабивных свай предъявляет жесткие требования к технологическому процессу производства работ. Особенно это важно при устройстве буросекущихся свай. Изготовление таких свай требует обеспечения непрерывности процесса производства работ, т.к. устройство секущихся армированных свай должно быть произведено в относительно строго регламентированный период (1,5 - 2 суток), начиная с момента выполнения бетонных неармированных свай.

Буронабивные сваи изготавливаются по одной технологической схеме: вначале бурят скважину, устанавливают арматуру, затем скважину заполняют бетонной смесью. Более совершенной и рациональной технологией является технология, когда через отверстия в полом шнеке скважина заполняется бетоном в процессе бурения, а каркас погружается в литой бетон при помощи виброзадавливания.

Сравнение экономических показателей методов ограждения котлованов показывает, что производительность работ по устройству стен из буросекущихся свай примерно в 5 раз ниже производительности по устройству траншейных «стен в грунте». Однако, в тех случаях, когда «стена в грунте» по каким-либо причинам невыполнима, стена из буросекущихся свай остается надежным видом ограждения котлованов.

Ограждение котлована из бурозавинчивающихся и вдавливаемых свай

Область применения металлических бурозавинчивающихся свай по грунтовым условиям - песчаные и глинистые грунты от плотных до текучих.

В глинистых грунтах применяют завинчивание труб диаметром до 325 мм, в песках - до 500 мм при их длине - до 20 м. При этом возможна стыковка труб во время их погружения сваркой по аналогии с составными сваями.

В зависимости от конкретных гидрогеологических условий и требований к конструкции ограждения трубы могут быть оснащены заглушками с рыхлителем как глухими, так и теряемыми, которые позволяют осуществить дополнительное рыхление плотного грунта, ускорить процесс завинчивания и не допустить попадания грунта и грунтовых вод в полость трубы, что важно при необходимости заполнения внутреннего пространства трубы бетоном. При завинчивании трубы грунт частично уплотняется.

При завинчивании труб отсутствуют удары и вибрация, а также нарушение и ослабление окружающего грунта, поэтому данная технология позволяет вести работы в непосредственной близости от существующих зданий и сооружений.

Конструкцию ограждения в виде бурозавинчивающихся свай с забиркой нельзя рекомендовать при устройстве котлованов в слабых и водонасыщенных грунтах в непосредственной близости от существующих сооружений. В этих случаях для ограждения котлованов успешно применяется конструкция из двух рядов свай, причем сваи внутреннего ряда, обращенные к котловану, являются несущими, а наружные - тампонирующими или замыкающими.

Стоимость 1 м2 ограждающей стенки из бурозавинчивающихся свай на 10-12 % выше стоимости устройства стенки, выполненной способом «стена в грунте» при примерно одинаковых параметрах конструкции. Стоимость 1 м2 ограждающей стенки, выполненной способом буровставных труб с бурением скважин с применением бентонитового раствора, со стоимостью всех сопутствующих работ примерно на 30 % выше стоимости погружения бурозавинчивающихся свай.

Область применения метода вдавливания свай - песчаные и глинистые грунты. При этом в плотных и прочных грунтах вдавливание может быть облегчено устройством лидерных скважин. Грунт в процессе погружения сваи уплотняется, а его строительные свойства улучшаются.

Метод вдавливания свай характеризуется высокой производительностью и технологичностью, но ограничивается длиной задавливаемых элементов. По условиям перевозки и монтажа длина элемента не может превышать 11…12 метров. Построечное наращивание длины элемента связано с устройством стыка и представляет определенную сложность. Применение вдавливание также ограничивается наличием в грунте крупнообломочных включений (крупные валуны, обломки бетонных конструкций, каменной кладки и др.)

Шпунтовые и балочные ограждения

Стальные шпунтовые ограждения в определенных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях и при глубине котлована до 7 - 8 м по технико-экономическим показателям могут оказаться эффективнее других способов ограждения котлованов.

Применение этого вида ограждающих элементов, погружаемых, как правило, забивкой, может регламентироваться состоянием близрасположенных эксплуатируемых сооружений. Кроме того, шпунтовая стена относится к гибким видам крепления, поэтому ее целесообразно использовать при отсутствии вблизи бровки котлована значительных нагрузок.

Область применения шпунтовых ограждений по грунтовым условиям - пески и глинистые грунты, в том числе водонасыщенные, не содержащие крупных включений. Для облегчения погружения оправдал себя способ подмыва. Для обеспечения водонепроницаемости концы шпунтовых балок своими плоскостями соединяются в так называемые «замки», служащие также направляющими при погружении шпунта.

Погружение шпунтовых элементов в грунт осуществляется обычно тремя способами: ударным, вибрационным и вдавливанием. Выбор способа погружения определяется: грунтовыми условиями, наличием вблизи котлована эксплуатируемых зданий и сооружений, массой и длиной погружаемых элементов, а также наличием необходимого оборудования. Шпунт, так же, как и балочное ограждение, чаще всего предусматривается извлекаемым из грунта, для чего используются механизмы, аналогичные применяемым для погружения.

Способы крепления ограждающих конструкций

Для обеспечения устойчивости ограждающей конструкции при глубине котлована более 4 - 6 м необходимо применять ее крепление распорными или анкерными конструкциями.

К преимуществам распорных систем перед анкерными следует отнести следующие: их устройство проще, дешевле и не требует специальной технологии и специального оборудования, они могут многократно использоваться. Применение анкерного крепления ограждающих конструкций котлованов взамен распорных систем во многих случаях дает ряд технико-экономических преимуществ, важнейшими из которых являются:

  • нет ограничений по ширине котлована;
  • расширяется фронт разработки грунта в котловане строительной техникой;
  • отсутствуют какие-либо помехи при монтаже конструкций сооружения;
  • отпадает необходимость в перекладке распорных элементов;
  • применение там, где это возможно, одностороннего крепления ограждения котлована;
  • достигается существенный технико-экономический эффект в последующих технологических операциях по возведению подземного сооружения (земляные работы, монтаж строительных конструкций), что обеспечивает существенное сокращение сроков строительства.

Наиболее широко применяются инъекционные грунтовые анкеры, в которых закрепление в грунте создается путем нагнетания в рабочую зону твердеющих растворов, как правило, на основе портландцементов. Такие анкеры обладают целым рядом преимуществ: экономичностью, хорошим сцеплением затвердевшего цементного раствора с тягой, высокой несущей способностью, образованием защитного слоя от коррозии.

Методы строительства способами «сверху-вниз» и «вверх-вниз»

Способы строительства подземных сооружений «сверху-вниз» и «вверх-вниз» позволяют отказаться от крепления ограждения котлована временными распорными конструкциями или анкерными креплениями, т.к. в качестве распорной системы для ограждения котлована здесь используются междуэтажные перекрытия. Для второго из способов, кроме того, существенно сокращаются сроки строительства.

Эти методы строительства являются наиболее щадящими по отношению к близлежащей существующей застройке, обеспечивая минимальные, по сравнению с другими способами крепления котлованов, осадки существующих зданий и сооружений.При способе строительства подземных сооружений «сверху-вниз» (полузакрытый способ) могут быть использованы три основных технологических приема, определяющих порядок возведения монолитных железобетонных перекрытий и поярусной разработки грунта под их защитой.

Первый прием базируется на опережающем возведении перекрытий по отношению к поярусной разработке грунта в котловане, при этом бетонирование перекрытий осуществляется безопалубочным методом непосредственно на подготовленном грунтовом основании.

Второй прием предполагает опережающую поярусную разработку грунта и последующее возведение перекрытий с помощью инвентарной опалубки, опирающейся на подготовленное грунтовое основание.

Третий прием - комбинированный и сочетает в себе как элементы технологии возведения перекрытий безопалубочным методом, так и с опиранием инвентарной опалубки на подготовленное грунтовое основание.

Разработка грунта в котловане под защитой перекрытий производится малогабаритными экскаваторами и обычными бульдозерами, а выдача грунта - с помощью грейферного экскаватора через монтажные отверстия в перекрытиях.

Метод строительства «вверх-вниз» предусматривает строительство зданий с несколькими подземными этажами за счет одновременного сооружения этажей вверх и вниз от уровня поверхности земли с устройством ограждения котлована способом «стена в грунте», которое часто служит стеной подземной части здания. Строительство таким методом позволяет сократить общие сроки строительства здания в целом до 30 %.

Строительство по схеме «вверх-вниз» начинается с устройства траншейных «стен в грунте» по периметру сооружения и промежуточных буровых опор (колонн). Траншейные стены и буровые колонны служат опорами будущих конструкций верхнего строения. Далее начинается открытая разработка грунта на первом подземном ярусе и параллельно захватками возводится перекрытие над первым этажом (в уровне земли). При достижении бетоном перекрытия в уровне земли 75 % прочности, на нем в специально усиленной зоне стационарно устанавливается башенный кран. По достижении бетоном перекрытия 100% прочности начинается возведение конструкций наземных этажей и одновременно ведется строительство второго и последующих подземных этажей по одному из трех технологических приемов, описанных выше.

Выбор технологии строительства подземного сооружения зависит от многих факторов - габариты подземного сооружения в плане и по глубине, месторасположение подземного сооружения (строительство на свободной территории или в условиях тесной существующей застройки), инженерно-геологические и гидрогеологические условия участка строительства, необходимость соблюдения экологических требований по охране окружающей среды, экономические соображения, возможности строительной организации.

Очевидно, что способ «стена в грунте» является одним из наиболее прогрессивных и универсальных для устройства ограждающих и несущих конструкций подземных сооружений. Стоимость ограждения котлована по технологии «стена в грунте» сопоставима с другими способами устройства ограждающих конструкций. При устройстве «стены в грунте» Заказчик получает ровную бетонную поверхность, по которой можно выполнять гидроизоляцию, и которая в определенных условиях может использоваться как несущая конструкция, т.е. не нужно возводить рядом с ограждающей конструкцией еще и основную железобетонную стену.

<<< Все виды работ


Москва
(495) 643-78-54
Уфа
(917) 378-07-48
Ижевск
(3412) 56-62-11
Новосибирск
(983) 508-17-15
Казань
(843) 296-66-61
Ростов-на-Дону
(863) 311-36-36
Крым
(988) 240-90-82
(978) 939-38-33
Краснодар
(861) 240-90-82
Тюмень
(3452) 74-49-75
Самара
(846) 922-56-36
Сургут
(912) 817-05-29
Красноярск
(391) 208-17-15
Челябинск
(351) 223-24-53