GeoSol - геотехнические решенияВ настоящее время освоение подземного пространства является важным и динамично развивающимся направлением в гражданском и промышленном строительстве. Основными факторами, способствующими необходимости использования подземного пространства городов, являются как нехватка свободных территорий в условиях исторически сформировавшейся застройки, так и требования развития городской инфраструктуры.
Подземное пространство городов используется для размещения инженерных коммуникаций и сетей, объектов транспортного строительства, но также для строительства многоэтажных подземных гаражей и стоянок, предприятий торговли, помещений заглубленных частей жилых и офисных зданий. Подобные части здания или сооружения устраивается открытым или полузакрытым способом в котлованах.
Строительство подземных сооружений открытым способом может осуществляться как в котлованах без крепления, борта которых сформированы под углом устойчивого откоса грунта, так и в котлованах с ограждающими конструкциями. Устройство котлованов в откосах является наиболее простым и, как правило, экономичным решением, однако применение этого способа встречает множество ограничений, особенно в условиях стесненной городской застройки.
Основные типы ограждающих конструкций, применяемых для крепления бортов котлованов:
1. Ограждение котлована из труб
Данный способ ограждения котлована заключается в погружении в пробуренные скважины металлических труб диаметром Ø219-820 мм. Чаще всего используются электросварные прямошовные трубы по ГОСТ 10704-91. Также используются и бывшие в употреблении трубы при сохранении их геометрии, толщины стенок и др. Данный способ ограждения является наиболее экономичным.
Трубы ограждения котлована расставляются в плане с шагом, определенным расчетом. Для предотвращения вывала грунта между трубами устанавливается забирка из деревянных досок. Для формирования забирки в виде грунтоцемента возможно применение технологии струйной цементации грунтов (jet grouting).
2. Шпунтовое ограждение
К шпунтовым относятся ограждения из профилированных элементов (чаще всего металлических) с замковыми соединениями. Сечения элементов бывают кольцевыми (в виде труб), а также Z-образные или корытного типа (шпунты типа Ларсена).
Чаще всего применяются шпунты типа Ларсена корытного или Z-образного профиля. Основными производителями являются Евраз (Л5-УМ), ArcelorMittal (Arcelor GU-22N, AZ 13-770), Vitkovice Steel (VL 606A).
В отличие от ограждений из труб, шпунтовые ограждения могут обеспечить относительную водонепроницаемость стенок бортов котлована.
3. Ограждение котлованов из буровых свай (буронабивные – БНС или CFA (НПШ))
При способе буронабивных свай бурение осуществляется под защитой обсадной трубы в обводненных грунтах или в бентонитовом растворе. Устанавливается арматурный каркас и затем с помощью вертикально-перемещающейся бетонолитной трубы (ВПТ) происходит бетонирование.
При необходимости обеспечения относительной водонепроницаемости ограждения котлована, применяются промежуточные сваи без армирования и бетоном пониженной прочности, которые заполняют пространство между основными армированными сваями. Тогда с начала выполняются промежуточные сваи без армирования, а затем устраиваются основные армированные сваи. В этом случае сваи называются буросекущими (БСС). Для формирования забирки между отдельностоящими буровыми сваями возможно применение технологии струйной цементации грунтов.
4. «Стена в грунте»
Устройство ограждений котлованов по технологии «стена в грунте» состоит в отрывке траншей чаще всего шириной 600-800 мм под защитой глинистого раствора с последующим погружением каркаса и бетонированием методом вертикально-перемещающейся бетонолитной трубы (ВПТ). Траншеи разрабатываются отдельными захватками, длины которых определяются габаритами грейферного оборудования и составляет обычно 6-6,8 м.
Для дополнительного обеспечения водонепроницаемости ограждения между захватками «стены в грунте» устанавливают гидрошпонку.
«Стена в грунте» является наиболее эффективным ограждением котлована и позволяет разрабатывать наиболее глубокие котлованы.
Для заглубления «стены в грунте» в крепкие породы (скальные и полускальные) используется навесное оборудование в виде бурофрезерного траншеекопателя.
5. Ограждение котлована из грунтоцементных элементов (струйная цементация грунтов, jet grouting)
Сущность технологии струйной цементации грунтов заключается в использовании энергии высоконапорной струи цементного раствора для разрушения и перемешивания грунта с цементным раствором, в результате чего образуются грунтоцементные элементы чаще всего диаметром Ø500-1200 мм. После устройства грунтоцементного элементы в его тело опускается армирующие элемент в виде металлической трубы или двутавра.
При помощи данной технологии возможно устройство ограждений котлованов в условиях плотной городской застройки, в том числе в подвалах существующего здания при его реконструкции.
Основные типы крепления ограждений котлована:
1. Без крепления (консольно) устройство ограждения котлована возможно в неглубоких котлованах (до 6 м) и при наличии твердых грунтов.
2. Распорная система из труб
В этом случае используются используются чаще всего электросварные прямошовные трубы по ГОСТ 10704-91 диаметром Ø219-1020 мм.
Количество ярусов распорной системы определяется расчетом. Устройство каждого яруса устраивается после разработки грунта котлована чаще всего на 1 м ниже отметки яруса распорной системы для удобства его монтажа.
В больших по площади котлованах для уменьшения сечения труб распорной системы используются промежуточные опоры.
Распорная система из труб обычно крепит два противоположных борта котлована в одной плоскости. В углах котлована чаще всего под углом 45° устраиваются распорки, называемые раскосами.
Распорная система в виде труб, упирающихся в фундаментную плиту, называется подкосами. В этом случае грунт котлована разрабатывается до проектной отметки с оставлением грунтовых берм вблизи ограждения котлована в качестве пригруза. Затем устраивается фундаментная плита в меньших габаритах из-за наличия берм, в нее монтируются трубы распорной системы. После грунтовая берма разрабатывается, фундаментная плита дозаливается уже в проектных размерах, устраиваются вертикальные конструкции и перекрытия подземных этажей и после этого подкосы допускается демонтировать.
Совместно с распорной системой из труб применяются распределительные пояса из двутавров для распределения нагрузки на ограждение.
3. Грунтовые анкера
Наличие распорной системы существенно осложняет разработку грунта котлована и устройство подземной части здания, в этом случае применение анкерного крепления котлована помогает существенно сократить сроки строительства и сделать «открытый» котлован, свободный от распорной системы.
Грунтовый анкер – геотехническая конструкция, предназначенная для передачи осевых выдергивающих нагрузок от закрепляемой конструкции на несущие слои грунта только в пределах корневой части своей длины и состоящая из трех частей: оголовка, свободной длины и корня.
Основные тяги (часть анкера, используемая в качестве армирующего элемента, и передающая нагрузки) грунтовых анкеров:
а. Прядевые грунтовые анкера в виде стальных семипроволочных канатов К7 (прядь анкера) по ГОСТ Р 53772-2010. Количество прядей определяется расчетом и чаще всего составляет 2-7 шт. Диаметр корня анкера составляет Ø130-200 мм.
б. Анкера с использованием винтовых полых штанг типа Титан (Titan), ГеоСпецТехнология (ГСТ), Буран, GeoIzol-MP, Атлант, К2-GTB и другие. Диаметр корня анкера составляет Ø130-200 мм. При применении технологии струйной цементации грунтов (jet grouting), называемой MiniJet, диаметры составят Ø300-450 мм.
Для распределения нагрузки совместно с анкерами используются швеллеры с параллельными гранями полок или двутавры. Крепление анкерами «стены в грунте» осуществляется без использования поясов.
Расчет грунтовых анкеров может быть выполнен по нескольким методикам: ВСН 506-88, ЦНИИС МинТрансСтроя и DIN 1054-2005. Свои расчеты несущей способности анкеров мы выполняем в программе GeoAnchor и GeoWall.
4. Другие способы крепления ограждений котлованов
К дополнительным способам крепления можно отнести: устройство анкерных тяг, соединяющих, например, стенки разных котлованов; устройство грунтовой распорки из грунтоцемента и др.
Грунтовые распорки из грунтоцемента повышают устойчивость ограждения в заделке, а также при закреплении всей площади дна котлована играют роль противофильтрационной завесы (ПФЗ). Расстановку грунтоцементных элементов ПФЗ, выполняемых по технологии струйной цементации грунтов (jet grouting), осуществляются с учетом возможного отклонения от вертикали (1-2%) элемента с глубиной. При проектировании ПФЗ необходимо также производить ее расчет на всплытие.