stopsol ограничительный элемент для стены в грунте
МСО ГЕОСТРОЙ
Стена в грунте
1. Введение
Патенты на устройство «стены в грунте» под защитой бентонитовой суспензии впервые были получены немецкими учеными Брандтом и Раннемом в 1912 году. В 1936 г. Летцтерр разработал машины для изготовления «стены в грунте» непрерывным способом.
В начале пятидесятых годов 20-го столетия профессоры Федер и Грац изобрели метод изготовления «стены в грунте» без использования обсадных труб, а профессор Лоренц предложил метод изготовления «стены в грунте», применяемый в настоящее время.
В настоящее время в больших городах возведение высотных зданий и строительство заглубленных сооружений сориентированы на использование метода «стена в грунте» вместо традиционных методов «открытый котлован» или «опускной колодец».
Метод «стена в грунте» предназначен для возведения заглубленных в грунт сооружений различного назначения. Сущность метода «стена в грунте» заключается в том, что стены заглубленных сооружений возводят в узких и глубоких траншеях, вертикальные борта которых, удерживаются от обрушения при помощи глинистой суспензии, создающей избыточное гидростатическое давление на грунт.
После устройства в грунте траншей необходимых размеров их заполняют, в зависимости от конструкции и назначения сооружения, монолитным железобетоном, сборными железобетонными элементами или глиногрунтовыми материалами. В результате этого в грунте формируют несущие стены сооружений или противофильтрационные диафрагмы.
По назначению заглубленные сооружения, возводимые методом «стена в грунте», классифицируются следующим образом:
Метод «стена в грунте» обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами строительства:
Исключается понижение уровня грунтовых вод, так как бетон «стены в грунте» ограждает конструкцию от проникновения воды.
«Стены в грунте» классифицируются:
Способ сооружения ограждающих и несущих конструкций методом «стена в грунте» может применяться для любых конфигураций и размеров стен в плане. Глубина заложения «стены в фунте» ограничивается требованиями проекта и возможностями имеющегося в наличии оборудования.
Применение способа «стена в грунте» целесообразно при возведении подземных сооружений в стесненных условиях существующей застройки и реконструкции действующих предприятий.
Наибольший эффект достигается в тех случаях, когда «стена в грунте», прорезая водоносные пласты, заглубляется в водоупорный слой. В этом случае появляется возможность производить работы в котловане без устройства водопонижения.
Современные технологии позволяют устраивать конструкции подземных сооружений различных форм, но традиционными и наиболее часто встречающимися являются конструкции из прямолинейных стенок.
Расстояние между стенками, как правило, принимаются до 15-20 м из расчета прочности и устойчивости распорных конструкций. При расстоянии более 20 м устойчивость стен обеспечивается за счет устройства анкерных креплений.
Анкерные крепления «стены в грунте» в один или несколько ярусов следует устраивать в следующих случаях:
Анкерные крепления следует использовать во всех грунтах, за исключением рыхлых песков, торфов и глин текучей консистенции.
Обеспечение устойчивости стен за счет применения наклонных анкеров является наиболее простым и эффективным способом.
Стены имеют толщины 500; 600; 800; 1000 и 1200 мм и возводятся из монолитного железобетона, отдельными секциями согласно проекта производства работ (ППР).
2. Машины и оборудование для устройства траншейных «стен в грунте»
Наиболее дорогостоящим и сложным является оборудование для образования узкой глубокой траншеи в грунтах I-IV групп на глубину до 50 м, шириной от 0,5 до 1,2 м.
Для разработки траншей используются следующие виды траншеепроходческого оборудования:
По способу извлечения разработанного грунта из траншеи все виды землеройных машин и оборудования подразделяются на две группы:
1. Машины и оборудование, землеройным инструментом которых является грейфер, осуществляющий подъем на поверхность разработанного грунта с выгрузкой в транспортное средство или отвал;
2. Машины и оборудование, разрабатывающие грунт специальным буровым инструментом с переводом его в рабочий глинистый раствор и с выносом на поверхность эрлифтной установкой.
В первом случае разработанный грунт не засоряет глинистый раствор, но увеличивается количество операций, связанных с подъемом и опусканием грейфера, а во втором случае необходима обратная циркуляция раствора с очисткой его от шлама.
Ниже приведены технологии устройства «стены в грунте», выполняемые некоторыми видами оборудования.
Разработка грунта в траншее грейферным оборудованием для устройства «стены в грунте»
В настоящее время в России широко применяют для разработки грунта и удаления его из траншеи высокопроизводительное импортное грейферное оборудование, подвешиваемое на телескопической штанге буровой гидравлической установки типа модели HR260 фирмы MAIT (Италия) или на тросовой подвеске специального гусеничного крана типа модели HS 855 HD фирмы Libherr (Германия), оснащенных дополнительным оборудованием для работы по технологии «стена в грунте».
После разработки траншеи на полную глубину производится проверка глубины траншеи, зачистка траншеи от слоя осыпавшего грунта и осадка глинистого раствора путем плавного опускания и перемещения грейфера по всей плоскости траншеи.
Разработка грунта в траншее барражными машинами непрерывного действия для устройства «стены в грунте»
Барражные машины непрерывного действия применяются для устройства противофильтрационных завес путем разработки грунта на прямолинейных участках большой протяженности на глубину до 30 м.
Разработка грунта в траншее барражными машинами производится под защитой глинистого раствора.
Разрушенный грунт извлекается из траншеи эрлифтной установкой в виде пульпы.
Пульпа поступает на очистную установку, либо в отстойник. Очищенный от породы, отстоявшийся глинистый раствор возвращается в траншею. По мере продвижения барражной машины с образованием траншеи ведется подготовка уже разработанных участков к заполнению противофильтрационными материалами.
Для этого участок изолируется от полости остальной траншеи с помощью стальных разделительных инвентарных элементов.
Диапазон геологических условий для машин такого типа ограничен однородными, без крупных каменистых включений, разрезами, представленными породами с пределом прочности на сжатие до 40 МПа. Барражная машина непрерывного действия модели БМ-0,5/50-2М БМ-0,5/50-3МЭ выпускает ОАО «ВИОГЕМ» имени С.Я. Жука. По данным ОАО «СГСТУ ВИОГЕМ» производительность барражной машины непрерывного действия модели БМ-0,5/50-3МЭ для нормальных грунтовых условий составляет от 25 до 45 м3 траншеи в час.
Разработка грунта в траншее барражными машинами циклического действия для устройства «стены в грунте»
Разработка грунта в траншее фрезерными машинами для устройства «стены в грунте»
Фрезерные машины типа СВД-500 и СВД-500Р предназначены для образования траншей в несвязных, полускальных и скальных фунтах. Машина СВД-500Р снабжена специальной тележкой из двух платформ на рельсовом ходу, каждая из которых снабжена электролебедкой грузоподъемностью 8 т.
Буровой инструмент, подвешенный к базовой машине, скользит по полозьям направляющего шаблона, фиксирующего его положение.
В комплект фрезерной машины СВД-500 входят: компрессор ДК-9, ситогидроциклонная установка ЧСГУ-2, две глиномешалки МГ2-4, агрегат для приготовления и укладки глиногрунтовой пасты ГЗ-1, смеситель глинистых растворов БС-2, эрлифт.
Фрезерная машина обеспечивает разработку траншеи глубиной до 25 м. Работой машины управляет машинист-оператор из кабины, в которой установлен пульт управления. Машина при проходке перемещается на заданный интервал автоматически, при этом величина перемещения задается исходя из контрольных геологических условий грунта.
3. Этапы производства подготовительных работ при сооружении «стены в грунте»
Подготовительные работы
Перед началом сооружения «стены в грунте» выполняются следующие подготовительные работы:
— ограждение строительной площадки;
— вскрытие и перенос подземных коммуникаций, попадающих в габариты стен;
— планировка поверхности площадки и устройства временных дорог;
— размещение временных административно-бытовых зданий;
— подготовка мест для складирования строительных материалов и конструкций;
— монтаж технологического оборудования.
Замена грунта на глубину не менее 3 м привозным песчано-глинистым грунтом с уплотнением (Купл ³ 0,95). Затем, вдоль оси стен производится разработка пионерной траншеи с естественными откосами 1,5-2,0 м.
Сооружение форшахты (направляющей стены).
В разработанной пионерной траншее сооружается монолитная железобетонная форшахта.
Форшахта предназначена обеспечивать:
— проектное направление разработки основной траншеи;
— необходимое положение грейфера в грунте;
— возможность подвески на ней арматурных каркасов, установки оборудования для проходки и бетонирования траншеи;
— отвод переливающегося через край глинистого раствора.
Конструкции форшахты определяются по проекту и сооружаются отдельными секциями из монолитного железобетона.
Монтаж и пуск бентонитового завода
Перед разработкой траншеи необходимо произвести монтаж, опробование и пуск бентонитового завода для приготовления, подачи, очистки и регенерации глинистого раствора, который первоначально должен заполнять пространство между стенками пионерной траншеи. Далее, по мере разработки грунта грейфером, в захватку должна производится непрерывная подача глинистого раствора с поддержанием его уровня не ниже 0,2-0,3 м от верха форшахты.
4. Этапы производства основных работ при сооружении «стены в грунте»
После сооружения форшахты, для устройства «стены в грунте», последовательно выполняются следующие основные технологические операции:
— разработка траншеи;
— установка и извлечение ограничителей захваток;
— установка секций арматурных каркасов;
— бетонирование траншеи методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ).
Разработка траншей
Траншеи при строительстве подземных сооружений способом «стена в грунте» следует разрабатывать под защитой глинистого раствора, отдельными захватками последовательно одна за другой вдоль траншеи или поочередно на различных участках траншеи.
Способ и технологическая последовательность разработки траншей определяется ППР в соответствии с инженерно-геологическими условиями строительства, размерами и конфигурацией и назначением возводимой стены, характеристиками траншеепроходческого оборудования.
Длина отдельной захватки составляет, как правило, 2,0-6,0 м и определяется ППР, исходя из условия обеспечения устойчивости стен траншей при их разработке и размера рабочего органа траншеекопателя.
Захватка может быть пройдена за один или несколько проходов рабочего органа траншеекопателя на полную глубину траншеи.
После разработки захватки на полную глубину производится проверка глубины траншеи, зачистка траншеи от слоя осыпавшего грунта и осадка глинистого раствора путем плавного опускания и перемещения грейфера по всей плоскости траншеи, пробный забор шлама, контроль параметров и замена глинистого раствора.
Установка ограничителей захваток (стопсолов)
Стальные разделительные элементы устанавливаются по краям захваток в качестве стыкового элемента. Для получения качественных стыков рекомендуется применять металлическую трубу с ребрами из уголков 75х75 мм. Уголки привариваются таким образом, чтобы при погружении трубы они врезались в борта траншеи не менее чем на 30 мм.
Разделительные элементы являются сборными и по мере опускания в траншею, собираются из передовой ножевой секции длиной 6 м, рядовой секции 6 м и необходимого числа дополнительных рядовых секций длиной 1-2 м (в соответствии с глубиной траншеи).
Нижняя ножевая часть разделительного элемента должна быть заглублена в дно траншеи не менее, чем на 30 см.
Разделительный элемент и верхняя концевая пластина крепятся на конструкции форшахты с применением специальных инвентарных устройств, с превышением уровня «воротника» форшахты.
После бетонирования захватки ограничители извлекаются через 1-3 часа (до начала сцепления с бетоном).
Установка арматурных каркасов
В состав каркаса входят необходимые закладные детали из листовой стали, монтажные петли, фиксаторы защитного слоя, обеспечивающие центрирование каркаса в траншее, трубы для пропуска грунтовых анкеров.
Секции арматурных каркасов, непосредственно, перед их установкой в захватку следует соединять между собой электродуговой сваркой отдельных элементов.
При глубине траншеи более 10-12 м каркас может состоять из отдельных секций, стыкуемых на высоте перед опусканием в траншею.
Внутри каркасов должны быть предусмотрены проемы с направляющими для установки бетонолитных труб.
Опускание каркаса производят в положении, обеспечивающим его свободное прохождение в траншею при геодезическом контроле за вертикальностью и обеспечением проектной величины защитного слоя между несущей арматурой и грунтом.
При установке в захватку, арматурные каркасы устанавливаются на верхней части «воротника» форшахты с помощью поперечных труб или профильных балок так, чтобы продольные несущие стержни арматурных каркасов не доходили до низа траншеи на 25-30 см.
Бетонирование
Бетонирование стен производится под защитой глинистого раствора, не позднее, чем через 4 часа после опускания арматурных каркасов в траншею.
Транспортирование бетонных смесей с бетонных заводов на стройку следует производить в автобетоносмесителях.
Бетонирование следует осуществлять методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ) с одновременной откачкой вытесняемого бентонитового раствора в емкость или разрабатываемую захватку.
Бетонирование каждой очередной секции следует проводить, не допуская перерывов в подаче бетона.
При бетонировании под глинистым раствором необходимо обеспечивать:
— изоляцию бетонной смеси от раствора в процессе ее подачи в траншею;
— отсутствие перемешивания с раствором при укладке;
— непрерывность бетонирования в пределах захватки;
— контроль за технологией в процессе бетонирования.
Траншеи следует бетонировать секциями с применением межсекционных ограничителей.
Бетонирование методом ВПТ ведется при помощи сборно-разборной или цельной бетонолитной трубы с внутренним диаметром 250-350 мм. Монтаж сборной бетонолитной трубы включает следующие операции:
— очистка и подготовка звеньев к работе;
— установка опорной рамы на «воротнике» форшахты;
— монтаж става бетонолитной трубы с последовательным наращиванием звеньев при помощи быстросъемных соединений, когда ранее смонтированная часть подвешивается на опорной раме;
— установку и закрепление на трубе приемного бункера емкостью не менее 1,2 объема бетонолитной трубы.
Схема бетонирования траншеи методом ВПТ представлена на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Схема бетонирования траншей методом ВПТ
В верхнюю горловину трубы следует установить пробку (например, из опилок или пакли в чехле из мешковины) высотой 20-25 см, которая прикрепляется тросиком к верху приемного бункера.
Бетонная смесь из автобетоносмесителя загружается в приемный бункер в объеме на 20% превышающем объем бетонолитной трубы. После этого трубу необходимо поднять на 3-5 см и перерезать тросик, удерживающий пробку. Пробка под действием избыточного давления бетонной смеси передвигается по бетонолитной трубе и выталкивает находящийся в ней глинистый раствор, препятствуя расслоению и перемешиванию бетона. Для выпуска пробки, заполненную бетонной смесью трубу необходимо приподнять на 20-30 см и затем вновь заполнить приемный бункер при понижении уровня бетонной смеси до устья воронки.
Для продолжения бетонирования необходимо обеспечить постоянную подачу смеси в бункер при постепенном поднятии и осаживании бетонолитной трубы.
Технологии:
Особенности производства работ по возведению «стен в грунте» в условиях развития рынка недвижимости современного мегаполиса
На данный момент, когда плотность городской застройки зашкаливает, увеличивается численность населения наших городов и следовательно количество всех видов транспорта, возникает необходимость освоения подземного пространства для транспортных потоков и паркингов, а так же и других сооружений. Эта проблема решается лучшим образом, если в условиях сложившихся городов, для возведения подземных сооружений применять способ «стена в грунте».
Данный способ можно применять для промышленных, жилищно-гражданских, транспортных, гидротехнических и других сооружений.
Перейдем к сущности технологии «стена в грунте». Она заключается в том, что в грунте устраивают выемки и траншеи различной конфигурации, в которых возводят ограждающие конструкции подземного сооружения, затем под защитой этих конструкций разрабатывают внутреннее грунтовое ядро, устраивают днище и воздвигают внутренние конструкции.
Устройство форшахты
Первоначальным этапом является устройство форшахты с целью предотвращения обрушения грунта. Необходимо выполнять крепление верхней части траншеи (форшахту) из монолитного или сборного железобетона(рис. 1).
При высоком уровне грунтовых вод для устройства форшахты следует отсыпать специальную насыпь (рис.2).
Форшахту из монолитного железобетона следует сооружать отдельными секциями длиной 4 … 6 м в следующей последовательности:
Разработка траншей
Перейдем ко второму этапу возведения – это разработка траншеи под защитой тиксотропного глинистого или иного соответствующего раствора отдельными захватками (рис.3).
Длина отдельной захватки составляет, как правило, 2,0 … 6,0 м и определяется из условия обеспечения устойчивости стен траншей при их разработке и размером рабочего органа траншеекопателя. Захватка может быть пройдена за один или несколько проходов рабочего органа траншеекопателя на полную глубину траншеи (рис. 4 и 5).
После проходки траншеи на длину захватки следует выполнить подготовительные работы перед заполнением ее бетоном. Эти работы включают:
Заполнение траншей монолитным железобетоном
Включает в себя несколько этапов:
Для разграничения секций бетонирования в торцах каждой захватки размещают специальные межсекционные ограничители: извлекаемые инвентарные металлические элементы (трубы, сварные конструкции из прокатных профилей и т.п.) и неизвлекаемые, как правило, железобетонные элементы. При поочередной разработке траншеи ограничители должны быть, как правило, извлекаемыми, а при последовательной разработке допускается применение как извлекаемых, так и остающихся ограничителей. Конструкция ограничителей должна воспринимать давление бетона, исключать попадание бетона из одной захватки в другую и обеспечивать водонепроницаемость стыков.
Ограничители следует устанавливать в траншею краном в створ стыка между отдельными захватками. Нижний торец заглубляется ниже дна траншеи на 30 … 50 см., а верх надежно закреплен на конструкции форшахты с превышением уровня воротника.
Переходим к арматуре. Армокаркасы могут изготовляться на заводе отдельными блоками или на стройплощадке. В первом случае следует учитывать условия транспортировки. Готовые армокаркасы на стройплощадке хранят на деревянных подкладках под навесом.
Перед погружением армокаркаса в захватку его необходимо очистить и удалить с арматуры ржавчину и масло. Далее для обеспечения сцепления с бетоном арматурный каркас следует смачивать водой или проводить другие технологические мероприятия, препятствующие обволакиванию несущей арматуры частичками глины, например, продувку сжатым воздухом (барботаж).
Что касается способов строповки, подъема и опускания арматурного каркаса в захватку, то они должны исключать появление в нем деформаций. Каркас должен свободно проходить в траншею.
При установке в захватку (рис. 7,8) армокаркасы вывешивают на креплении верха форшахты или шпальной клетке (с помощью поперечных профильных балок или труб) так, чтобы продольные несущие стержни армокаркасов не опирались на грунт низа траншеи и имели с ним просвет 20 … 30 см.
Добрались до бетонирования стен. Оно производится с помощью глинистого раствора не позднее чем через 8 ч после окончания проходки траншеи на захватке и не позднее, чем через 4 ч от момента опускания арматурного каркаса. Бетонные смеси с заводов на стройку доставляются автобетоносмесителями.
Бетонирование следует вести методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ) без виброуплотнения или с виброуплотнением либо методом напорного бетонирования.
При бетонировании под глинистым раствором обеспечивают:
Бетонная смесь из автобетоносмесителя загружается в приемный бункер (рис.9а). После этого трубу необходимо поднять на 3 … 5 см и перерезать тросик, удерживающий пробку. Пробка под действием избыточного давления бетонной смеси передвигается по бетонолитной трубе и выталкивает находящийся в ней глинистый раствор, препятствуя расслоению и перемешиванию бетона.
Далее удаляется шлам и верхний слой бетона, загрязненного глинистыми частицами. Работы по зачистке верхней части стены рекомендуется производить через 2 … 3 дня после окончания бетонирования захватки, т.е. в «молодом» возрасте бетона.
Напорное бетонирование стен ведут с подачей смеси в бетонолитную трубу при помощи бетононасоса(рис.10).
Далее проходит срок затвердевания бетона и разрабатывается грунтовое ядро(рис.11,12).
Заполнение траншей сборными железобетонными элементами
Что касается сборных железобетонных элементов стены в грунте, то их изготовляют, как правило, в заводских условиях, но так же допускается возводить на приобъектном полигоне.
Сборные элементы на строительную площадку доставляют на автомобильных полуприцепах или прицепах-роспусках.
Перед установкой сборных элементов в траншею следует:
Сборные элементы необходимо подвешивать к стреле крана за монтажные петли или сквозные монтажные отверстия при помощи двойного строповочного приспособления.
Составные по высоте элементы стыкуют в процессе монтажа в траншею, подвешивая на воротнике нижний блок, устанавливая на него краном верхний блок и сваривая по закладным арматурного каркаса. Для подвешивания элементов в них должны быть предусмотрены отверстия или
специальные закладные детали.
Сборные элементы стены в грунте омоноличивают следующими способами:
Сборные и сборно-монолитные стены сооружаются из сплошных плоских панелей, из пустотелых панелей и тонкостенных объемных элементов. Тонкостенные объемные элементы могут иметь различные очертания (коробчатые, эллиптические, круглые, одноячейковые, многоячейковые и др.). Членение на элементы может быть вертикальным и горизонтальным(рис.13).
Сборные элементы необходимо проектировать максимально возможных размеров по ширине с целью сокращения числа швов. Ширину элементов рекомендуется принимать 150—500 см, толщину 20—120 см и более. Толщина элемента берется на 10 см меньше ширины траншеи для облегчения монтажа и проведения тампонажных работ по заделке пазух.
Практические примеры
Примеры позволят нам разобраться, когда целесообразней применять монолитное бетонирование, когда сборные железобетонные конструкции, а так же оценить их эффективность применения.
Строительство стартовых жилых домов корп.№№ 53,54,55 и подземных автостоянок №№ 63.64. Подряд на устройство из сборного ЖБ «стены в грунте». Строительство Семейного спортивно-оздоровительного боулинг-центра по адресу: г. Москва,Олимпийский проспект, влад. 16. (глубина 8 метров, возведение велось зимой).(рис.14).
После аварии на ЧАЭС возникла острая необходимость в создании защитного барьера, который предотвратил бы попадание радионуклидов в
р. Припять вместе с подземными водами. Данный барьер был выполнен в монолитном варианте (до 100 метров в глубину, протяженность стены 2,8 км, за 4 месяца).(рис.15).
Процесс строительства подземного пятиуровневого сооружения на Коменданской площади в г. Санкт-Петербурге. Конструкция стен круглого вида, диаметром 80 м сооружения, выполнена методом стена в грунте с устройством контрфорсов, обеспечивающих устойчивость, а затем произведена откопка и устройство перекрытий.(глубина около 20метров).(рис.16).
Можно сделать вывод из примеров, что сборные железобетонные конструкции целесообразней применять на относительно не больших глубинах, а монолитные на любой требуемой глубине. Исследования так же доказывают, что сборные железобетонные плоские стеновые панели лучше применять в сооружениях глубиной 10-12 метров, ребристые до 14-15метров, пустотные объемные блоки для устройства подпорных стен эффективны до 15-18 метров.
Сложность транспортировки(еще и в нынешней плотности движения), стоимость сборных ЖБ конструкций, повышенные требования к монтажным кранам – все это усложняет и увеличивает стоимость их применения, в отличии от монолитной бетонной смеси. Что касается преимуществ, то ЖБ элементы позволяют увеличить скорость возведения конструкции, снизить ее трудоемкость, снизить расход бетона.
Так же экономическая эффективность не может быть оставлена без внимания. Использование способа “стена в грунте” вместо традиционных методов выполнения работ при сооружении подземных помещений способствует снижению сметной стоимости до 25%, подпорных стен и ограждений — до 50%, противофильтрационных завес — до 65%.
Заключение
Подведем итоги. В сравнении с давно известными способами ограждения строительных котлованов “стена в грунте” обладает рядом данных технических преимуществ:
Значительным преимуществом способа «стена в грунте» является возможность совмещения работ по устройству фундаментов и подвалов, что позволяет исключить переброски больших масс грунта.
Недостатки технологии «стена в грунте»:
1.ухудшается сцепление арматуры с бетоном, так как на поверхность арматуры налипают частицы глинистого раствора.
3.Применение способа «стена в грунте» может быть ограничено: наличием грунтов с кавернами и пустотами, илов и рыхлых насыпных грунтов, включением обломков строительных конструкций и материалов и других препятствий.
Список источников информации
Учебная литература: