В статье рассмотрен метод «Стена в грунте» – один из самых прогрессивных и универсальных технологий сооружения фундамента и ограждающих конструкций в крупных городах.
Ключевые слова: плотная городская застройка, метод «Стена в грунте», подземное строительство, свайный метод, траншейный метод, запрет на использование метода «Стена в грунте».
Underground constructions are built in big cities where there are no free territory. Wall in the ground technology used for such purposes. It is one of the most progressive and universal technologies for construction of foundations and walling.
Кey worlds: Dense urban, wall in the ground technology, underground construction, pile method, trench method, a ban on the use of the wall in the ground technology.
При строительстве, где плотность городской застройки высока, целесообразно использовать метод «Стена в грунте». Он базируется на воздвижении железобетонных или бетонных водонепроницаемых конструкций. Далее в них возводятся ограждающие конструкции подземного сооружения, состоящие из сборного или монолитного железобетона. Разработка грунта траншеи осуществляется под защитой бентонитовой суспензии, что не позволяет обрушаться вертикальным стенкам траншеи. Позже производится монтаж арматурных каркасов или сборного железобетона с последующим бетонированием монолитным бетоном.
Для возведения конструкций методом «Стена в грунте» одним из компонентов является глинистый раствор. Его главное требование – это обеспечение устойчивости стен траншеи и гидростатическое противодавление, превышающее давление грунта и грунтовых вод на стены траншеи, поэтому суспензия должна обладать определённой плотностью. Не меньшую роль играет вязкость глинистого раствора, которая показывает подвижность суспензии, но требования к ней противоречивы, потому что раствор должен быть маловязким для уменьшения сопротивления работы органов землеройных машин и обеспечения требуемой толщины заглинизированного слоя, а для обеспечения прочности нужна большая вязкость. Поэтому используют глинистые растворы с вязкостью 20-25 секунд. Так же важен показатель водоотдачи – способность глинистого раствора отдавать свободную воду под давлением грунту и образовывать на стенах траншеи глинистую корку. Показатель водоотдачи не должен превышать 30 миллилитров, а толщина глинистой корки – 3-4 миллиметров. Глинистый раствор должен быть стабилен, то есть не расслаиваться в состоянии покоя, если показатель стабильности превышает 0,02 г/см3, суспензия называется не стабильной или расслаивающейся. Тиксотропные свойства, то есть разжижаться от механических воздействий, раствора наиболее ярко выражены при водородном показателе равном 8-10. Важно и содержание песка в суспензии, если он превышает 4% от объёма глинистого раствора, то его требуется удалить.
При приготовлении глинистых растворов с тиксотропными свойствами высокого качества используют бентонитовые высокодисперсные глины или местные глины, которые удовлетворяют требованиям: плотность – 2,7 г/см3, число пластичности ≥20, набухание ≥15%, нижний предел пластичности ≥25%, диаметр песчаных частиц – 1,0-0,05 миллиметров. Местные глины могут быть смешаны с добавками привезённых качественных глин. Применение растворов из дешёвых глин позволяет сэкономить не только на строительстве подземных сооружений, но и на транспортировке и добыче бентонитовых высокодисперсных глин.
Разработка траншей при строительстве подземных сооружений методом «Стена в грунте» происходит под защитой глинистого раствора вдоль траншеи или поочередно на различных участках траншеи. Метод разработки траншеи зависит от инженерно-геологических условий строительства, размера и назначением будущей конструкции. При высоком уровне грунтовых вод или при строительстве на глубину больше 15 метров, траншеи нужно разрабатывать в два ряда через одну – две захватки. Длина захватки чаще всего равна от 2,0 до 6,0 метров и зависит от устойчивости стен траншей при их разработке и размера рабочего органа траншеекопателя. После этого нужно произвести проверку глубины траншеи, благодаря опусканию и перемещению грейфера по всей площади траншеи, она зачищается от слоя сыпавшегося грунта и осадка глинистого раствора.
Разработка траншей при строительстве подземных сооружений методом «Стена в грунте» происходит под защитой глинистого раствора вдоль траншеи или поочередно на различных участках траншеи. Метод разработки траншеи зависит от инженерно-геологических условий строительства, размера и назначением будущей конструкции. При высоком уровне грунтовых вод или при строительстве на глубину больше 15 метров, траншеи нужно разрабатывать в два ряда через одну – две захватки. Длина захватки чаще всего равна от 2,0 до 6,0 метров и зависит от устойчивости стен траншей при их разработке и размера рабочего органа траншеекопателя. После этого нужно произвести проверку глубины траншеи, благодаря опусканию и перемещению грейфера по всей площади траншеи, она зачищается от слоя сыпавшегося грунта и осадка глинистого раствора.
В качестве стыкового элемента по краям захваток происходит установка разделительных элементов, рекомендуется применять металлическую трубу с ребрами из уголков 75*75 миллиметров. Эти уголки должны врезаться в траншею на 30 и более миллиметров. Разделительный элемент состоит из передовой ножевой секции и рядовой секции, а также дополнительных секций, зависящих от глубины траншеи. После бетонирования ограничители захваток должны быть извлечены до сцепления с бетоном.
Затем в захватку устанавливается арматурный каркас. В его составляющими являются: закладные детали из листовой стали, монтажные петли, фиксаторы монтажного слоя и трубы для пропуска грунтовых анкеров. Арматурные каркасы сваривают друг с другом при помощи электродуговой сваркой и устанавливают в захватку. На верхней части «воротника» форшахты устанавливают арматурные каркасы, а их стержни не должны доходить до дна траншеи на 25 сантиметров.
После установки арматурных каркасов осуществляется бетонирование. Оно проводится методом вертикально перемещаемой трубы, притом бетонные смеси вытесняют бентонитовый раствор в разрабатываемую захватку или проводится его откачка. Бетонирование под глинистым раствором проводится непрерывно и требуется изолировать бетонную смесь от раствора, что бы они не перемешивались. Бетонирование методом вертикально перемещаемой трубы проводится с помощью бетонолитной трубы с внутренним диаметром 250-350 миллиметров. Пробка, которая устанавливается в верхнюю горловину трубы, закрепляется тросом к верху приёмного бункера. Бетонную смесь заливают в приемный бункер, она в объёме на 20% превышает объём бетонолитной трубы. Затем трубу поднимают на 3-5 сантиметров и перерезают трос, закреплённый с пробкой. Пробка под давлением бетонной смеси выталкивает глинистый раствор, находящийся в бетонолитной трубе, препятствую перемешиванию бетона. После приподнимают трубку, заполненную бетонной смесью на 20-30 сантиметров для выпуска пробки и заполняют бетонной смесью приемный бункер до устья воронки. При проведении строительства в зимний период при температуре – 15˚С бетонирование имеет ряд особенностей: утепляется оборудование для приготовления и откачки глинистого раствора, который подогревается на температуру не больше 60˚С, бетонирование вели смесью, температура которой выше 5˚С, а верхняя часть трубы утепляется шлаком и обогревается в пределах глубины примерзания грунта, пока не затвердеет бетонная смесь.
Так же бывают две вариации данной технологии: траншейный – выполняется разработка траншеи с последующим устройством сплошной стены из монолитного бетона или сборных железобетонных секций; и свайный – конструкция образуется из сплошного ряда буросекущихся или бурокасательных свай.
Строительную технологию «Стена в грунте» целесообразно применять для сооружения конструкций: промышленных (туннели, фундаменты зданий, бункерные ямы под вагоноопрокидыватели, промышленные подземных хранилища), транспортных (подземные гаражи, переходы и автомагистрали), гидротехнических (портовые сооружения, емкости для хранения жидкости и отстойников), жилищно-гражданских (подземные этажи и фундаменты общественных или жилых зданий). Это метод используют для строительства фундаментов и сооружений на глубине от 4 до 50 и более метров. Строения бывают несколько типов: линейные – состоят из одной стены, линейно-протяжённые- состоят из двух стен, колодезный вид- прямоугольные, круглые и многоугольные стены.
В зависимости от свойств грунта и его влажности выбирают способ возведения стен в грунте: сухой или мокрый. К сухому способу разрешено прибегать, если грунт устойчив и отсутствуют грунтовые воды. Так же этот метод более экономный, потому что глинистый раствор для него не требуется. Мокрый способ возведения стен в грунте используется для сооружения подземных конструкций в неустойчивых водонасыщенных грунтах, обычно требующих закрепления стенок траншей от обрушения грунта в процессе его разработки и при укладке бетонной смеси. Прочность добивается путём заполнения их глинистым раствором с тиксотропными свойствами. Позже эту суспензию постепенно замещают монолитным бетоном или смесями глины с цементом.
Использовать метод «Стена в грунте» не рекомендуется на участках с полуразрушенными каменными кладками, с крупными обломками бетона, металлическими конструкциями или железобетонными элементами, при наличии сильных грунтовых вод, а также на территории с рыхлым грунтом или грунтом с пустотами.
Однако, бывают случаи, когда метод «Стена в грунте» становится единственно возможным способом возведения конструкций, потому что строительство в открытом котловане или опускным способом нецелесообразно или недопустимо: сложная конструкция и большие размеры сооружения, различная глубина заложения, большого размера сооружение закладывается на большую глубину в период длительных морозов, расширение подземных конструкций вблизи зданий, объект линейный или линейно-протяжённый.
Технология «Стена в грунте» имеет множество достоинств. Этот способ позволяет не только проводить строительство подземных сооружений вблизи зданий, но и наличие дренажной прослойки обеспечивает в дальнейшем равномерное распределение нагрузки на гидроизоляцию. Так же метод экономически выгоден, обладает низким уровнем шума и скоротечностью выполнения работ, и проведения их во все сезоны годового цикла. Но он всё же имеет определённые недостатки. Самый существенный – ухудшение сцепление арматуры с бетоном, потому что частицы глинистого раствора налипают на арматуру. Хоть проводить строительство можно в зимний период, для этого приходится использовать сборный железобетон. Его применение даёт возможность гарантировать качество будущего сооружения ещё на этапе строительства, использовать пустотные, тавровые и двутавровые формы конструкции и повысить индустриальность строительства. Сборный железобетон обладает рядом недостатков: для каждой конструкции требуются определённые длина и сечение, сложность доставки изделия на стройплощадку, требуются мощные монтажные краны и сборный железобетон дороже монолитного.
Таким образом, метод «Стена в грунте» не сложен в использовании. Хотя он и обладает рядом недостатков, но они легко сглаживаются. Поэтому ими можно пренебречь в пользу строительства на плотно застроенной территории города.
