Технология возведения подземных инженерных сооружений

Подземные сооружения
Фундаменты глубокого заложения:
стены в грунте;
опускные колодцы;
кессоны;
глубокие буровые опоры.
Сваи;
шпунтовые ограждения;
тоннели.

СПОСОБЫ ВОЗВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Открытый способ - возведение подземных сооружений в открытых котлованах и траншеях при большой глубине.
(Предполагает временное крепление, устройство шпунтового ограждения или искусственное замораживание стен котлована, например в водонасыщенных слабых грунтах).
Для ограждения стен котлованов применяют:
забивные металлические сваи и шпунт,
буронабивные сваи,
железобетонные сваи-стойки, опущенные в пробуренные скважины,
постоянные и временные анкеры, удерживающие элементы несущих конструкций.
Закрытый способ - устройство подземных сооружений без разработки траншей и котлованов.

Методы возведения фундаментов глубокого заложения
методом глубоких буровых опор;
методом тонкостенных сборных оболочек;
методом «стена в грунте»;
методом опускного колодца;
кессонный метод.

Глубокие буровые опоры
Эти опоры являются разновидностью буронабивных свай и аналогичны им по технологии устройства. Отличаются большими размерами: их диаметры до­стигают 1,6; 2 и 3 м, а глубина —до 60 м.
Технология устройства буровых опор:
бурение ствола без обсадных труб под слоем глинистого раствора;
разбуривание уширения в основании ствола сваи;
удаление глинистого раствора вместе с разбуренной породой;
отстаивание грязного глинистого раствора либо применение свежего;
заполнение скважины бетоном (ОК=18 см) методом ВПТ (выше на 0,3-0,5 м от проектной);
удаление верхней части стержня до отметки низа ростверка.

Технологическая схема устройства глубокой буровой опоры
а — глубокая буровая опора;
/ — копер;
2 — ротор,
3 — буровая колонна;
4 — инвентарная обсадная труба;
5 — направляющий барабан;
6 — фреза;
7 — раскрывающиеся ножи;
УВ — уровень воды.

Опоры из тонкостенных сборных оболочек
Металлические и железобетонные оболочки, собираемые из секций длиной до 12 м, диаметром до 4,5 м.
Способы погружения оболочек:
завинчиванием;
вибрированием;
вдавливанием.
Преимуществом фундаментов из сборных тонкостенных оболочек является:
индустиальность их изготовления;
возможность механизировать процессы погружения

Способ завинчивания тонкостенных оболочек
Оболочки, погружаемые завинчиванием, состоят из:
гладкого цилиндрического ствола;
винтовых лопастей;
острого наконечника.
Лопасти и наконечник — металлические, ствол оболочки из железобетонных звеньев, соединенных болтами.
Для завинчивания крупных оболочек применяют специальный механизм — кабестан, который вращает оболочку с частотой до 0,5 об/мин, развивая крутящий момент до 1000 кн • м (100 тс • м).
Технология производства работ
Кабестан, установленный на оболочку, расчаливают за платформу к неподвижным точкам (анкерным сваям, берегу) четырьмя тросами, обеспечивая этим устойчивость системы в рабочем положении и восприятие реактивного крутящего момента.
Оболочки завинчивают до момента, когда винтовые лопасти погружаются в плотный грунт. После этого полость оболочки полностью или частично за­полняют бетоном низких марок.

Винтовая свая-оболочка
Металлические и железобетонные оболочки, собираемые из секций длиной до 12 м, диаметром до 4,5 м.
8— электрокабестан;
9 — полиспасты;
10 — перекидная лестница к люльке кабестана;
11 — расчалки кабестана;
12 — портальный края:
13 — винтовая свая-оболочка;
14 — эстакада;
15 — пульт управления;
16 — люлька, подвешенная к кабестану.

Метод вибропогружения оболочек
Оболочки погружают:
вертикально;
с наклоном до соотношения 6 : 1.
Технология производства работ:
Придание нужного положения оболочке
(направляющими каркасами, которые собирают из универсальных инвентарных элементов, закрепляемых на местности анкерными сваями.
2. Опускание оболочки при помощи вибраторов;
3. перестановка вибратора на соседнюю оболочку;
4. непрерывное (способом гидромеханизации) или периодическое (при каменистых включениях в грунтах) удаление грунта;
5. очищение и промывка посаженной оболочки от грунта;
6. бетонирование оболочки.

последовательность процессов вибропогружения оболочки с применением подмыва
/ — наращивание очередной секции; 2 — вибропогружение с подмывом; 3 — все средства погружения демонтированы (оболочка заполнена грунтом); 4 — удаление грунта промывкой оболочки водой под давлением; 5 — заполнение оболочки бетонной смесью.

схема посадки оболочки на грунт основания в сложных условиях
6 —оболочка, достигшая скального основания;
7 — в дно скважины уложен тампонажный слой бетона;
8 — вид скважины после разбуривания отвердевшего тампона вместе со слоем скального основания (или препятствием);
9 — оболочка скважины погружена до отметки основания.

Метод погружения оболочек вдавливанием
Посекционный сбор оболочек;
соединение фланцев секций (сваркой или на болтах);
защита металлических стыков секций от коррозии (покраска);
соединение нижней секции с ножом;
вдавливание оболочки многотонным пакетом железобетонных плит;
снятие груза после достижения оболочкой плотного подстилающего слоя;
освобождение полости оболочки от илистого грунта средствами гидромеханизации;
заполнение оболочки бетонной смесью.

Метод «стена в грунте»
К сложным условиям возведения заглубленных сооружений относят:
устройство котлованов вблизи существующих фундаментов зданий и оборудования;
действующих заглубленных сооружений (тоннелей, подвалов и т п) расположенных ниже отметки заложения существующих несущих конструкций;
рытье котло­ванов по периметру фундаментов (когда создаются условия для выпирания грунта или возникновения просадок);
организацию глубоких (более 6 м) котлованов с вертикальными стенами;
за­крепление грунтов под подошвами фундаментов и в откосах котлованов;
невозможность применения динамических методов воздействия на грунт вблизи действующих зданий, коммуникаций и др

Сущность метода «стена в грунте»
Сущность метода заключается в том, что узкая траншея для будущих стен и фундаментов заглубленного сооружения отрывается сразу на полную глубину специальным штанговым экскаватором или широкозахватным грейфером под слоем глинистого тиксотропного раствора. Гидростатическое давление этого раствора предотвращает обрушение грунтовых стен и проникание грунтовой воды в траншею.

Преимущества метода «стена в грунте»
Преимущества метода (СВГ)
Устройство заглубленных сооружений и их фундаментов методом «стена в грунте» позволяет:
значительно сократить объем земляных работ по сравнению с открытым способом,
освобождает от необходимости водопонижения,
уменьшает объем водоотлива,
предотвращает движение грунтовых вод, что обеспечивает сохранность оснований соседних сооружений

Метод «сборная стена в грунте»
а — поперечный разрез траншеи после монтажа сборных панелей стены;
б — продольный разрез траншеи по фронту всех процессов устройства сборной стены в грунте; в — схема стыкования очередной панели с предыдущими;
1 — облицовка пионерной траншеи; 2 — наружная забутовка глинощебеночным материалом;
3 — сборная панель; 4 -— внутренняя забутовка песчано-гравийной смесью;
5 — нижнее (фундаментное) защемление панели бетоном; 6 — экскаватор, выполняющий забутовку; 7 — кран, переставляющий бетонолитную трубу и подающий бетон для защемления панели; 8 — кран, монтирующий панели стены; 9 — монтажный шаблон-двутавр;
10 — панель; 11 — направляющий кондуктор; 12 — траншея, заполненная глинистым раствором;
13 — штанговый экскаватор; 14 — ковш экскаватора; 15 — сдвоенная бетонолитная труба;
16 - направляющие уголки из коротких отрезков.

Устройство опускных колодцев
Область применения. Опускные колодцы применяют для устройства фундаментов глубокого заложения и опускных (заглубленных) сооружений.
В плане опускные колодцы бывают:
круглые,
эллиптические,
прямоугольные.
По очертанию наружной поверхности:
цилиндрические,
конические,
ступенчатые.

Сущность метода устройства опускных колодцев
состоит в том, что конструкцию возводят (устанавливают) на поверхности земли, а затем внутри нее подрабатывают грунт в направлении от центра к ножу. Нож, утрачивая опору с внутренней стороны, под действием веса лежащих выше конструкций выдавливает грунт внутрь, и колодец опускается.
По мере углубления колодца его наращивают по высоте.
Работы выполняют по этапам:
бетонирование ножа колодца;
бетонирование первого яруса;
выдерживание бетона;
распалубка бетона;
опускание колодца;
бетонирование второй яруса, и т. д.
Для успешного погружения колодца его вес Q должен превосходить общую величину силы бокового трения грунта Т не менее чем на 25%,

Технология устройства опускных колодцев.
Устройство фундаментов глубокого заложения из опускных колодцев состоит из:
подготовительных работ;
изготовления конструкций колодца;
погружения его до проектной отметки;
заполнения бетоном.

Подготовительные работы
Опускные колодцы можно устраивать как с поверхности суши, так и с местности, залитой водой.
Подготовительные работы (на поверхности суши):
устройство котлована в верхних сухих грунтах открытым способом. (Дно котлована должно быть на 0,5—1 м выше уровня грунтовых вод);
планировка и уплотнение дна котлована.
На местности, покрытой во­дой, работы ведут с искусственных островков или подмостей. Верх островков принимают на 0,5 м выше уровня воды, предполагаемого в период опускания колодца. Островки отсыпают с откосами (при малой глубине водоема) либо в шпунтовом ограждении (при большой глубине или сильном течении). Вместо островков для сооружений колодцев можно использовать подмости свайного или плавучего типов.

Изготовление конструкций колодцев
Железобетонные стены колодцев устраивают:
опалубку из вертикально расположенных строганных с внутренней стороны досок.
Бетонную смесь укладывают слоями и вибрируют глубинными вибраторами.
очередной слой для обеспечения надежности стыка укладывают до начала схватывания предыдущего.
распалубку ножа и нижней ступени колодца начинают только после достижения бетоном конструкций 100%-ной проектной прочности, верхние ступени можно распалубливать при 70%-ной прочности.

Опускание колодцев
Опускают колодцы двумя способами:
с водоотливом;
без водоотлива.
Разработку с водоотливом применяют, если приток грунтовых вод невелик и вблизи нет сооружений, чув­ствительных к осадкам. Этот способ имеет и преимущества. Поскольку ра­боты идут на открытой поверхности, лучше используется землеройная тех­ника. Кроме того, в колодцах больших диаметров могут работать экскаваторы с наиболее производительной прямой лопатой и бульдозеры.
Без водоотлива колодцы можно опускать в соседстве с любыми сооружениями.

Погружение опускных колодцев
а — схема совмещенного бетонирования и погружения колодца;
б — кондуктор для монтажа тонкостенного колодца из сборных панелей;
в — деталь крепления панели к кондуктору;
г — схема погружения сборного колодца в тиксотропной рубашке;
д — деталь крепления инъекционных труб к колодцу;
е — деталь устройства форшахты, манжета ножа и инъекционных труб;
/ — стены колодца с ножом;
2 — экскаваторы; 3 — бадья для грунта;
4 — опалубка с подмостями наращиваемого яруса стен; 5 — кран; 6 — котлован; 7 — бульдозер;
8 — въездная траншея; 9 — отва­лы грунта;
10 — самосвалы; 11 — экскаваторы на погрузке;
12 — стеновая панель сборного колодца;
13 — башня кондуктора;
14 — кронштейн кондуктора; 15 — фаркопф для закрепления панели; 16 — инъекторы для подачи тиксотропного раствора;
17 — трубопровод для подачи раствора;
18 — установка для изготовления раствора;
19 — форшахта; 20 — рубашка из тиксотропного раствора;
21 — уголок крепления инъектора к панели стены;
22 — болт с уголком для крепления манжета к уступу ножа;
23 — трехслойный манжет из конвейерной ленты;
24 — глиняный замок.

Погружение кессонов
Область применения. Кессонный метод устройства фундаментов глубокого заложения применяют, когда погружению обычных опускных колодцев мешает сильный наплыв грунта либо если грунты содержат крупные включения твердых пород, а большой приток воды осложняет работы по осушению.
Оболочка фундамента должна иметь в нижней части кессонную камеру с ножом и перекрытием, а также шахту со шлюзом

Сущность метода
Сущность метода заключается в том, что во время погружения оболочки в ее кессонную камеру нагнетается сжатый воздух, вытесняющий грунтовые, воды за пределы ножа. Тогда внутреннее давление воздуха предотвращает наплыв грунта, и разработку твердых включений ведут в осушенном пространстве камеры.
Для входа в кессоны и транспортирования вынутого грунта служит шлюзовой аппарат, имеющий герметизированные двери наружу и люк в шахту.

Технология выполнения работ
Сооружение фундаментов глубокого заложения кессонным методом включает следующие процессы:
подготовительные работы;
изготовление кессона и оболочки;
погружение конструкции до проектной отметки;
заполнение оболочки.

Кессонный метод устройства фундаментов
а — основные элементы кессона;
б — погружение кессона при помощи гидромеханической установки с дистанционным управлением;
в — схема погружения кессона при разработке грунта средствами малой механизации;
1 _ надкамерные стены;
2 — шлюзовой аппарат;
3 — шахтная труба;
4 — потолок камеры;
5 — кессонная камера;
6— консоль камеры с ножевой частью стены;
7 — отвод пульпы;
8 — подача воды от насосной станции;
9 — камера наблюдения и дистанционного управления;
10 — гидроэлеватор, удаляющий пульпу;
11 — вращающийся гидромонитор;
12 — материальная прикамера шлюза;
13 — центральная камера шлюзового аппарата;
14 — пассажирская прикамера;
15 — подача сжатого воздуха;
16— надкессонный массив кладки;
17 — сифонная труба для удаления просочившейся воды и избыточного воздуха;
УВ — уровень воды.