Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Водозаборные и очистные сооружения

Подземные сооружения, возводимые способом «стена в грунте»


Подземные сооружения, возводимые способом «стена в грунте»

Технология работ способом «стена в грунте» осуществляется по следующей схеме. По периметру будущего сооружения и на всю глубину бурят скважины, примерно через каждые 3 м. Затем специально созданным для этого плоским грейфером выбирают грунт между скважинами, в результате чего образуется траншея шириной около 60 см. Одновременно с проходкой ее заполняют глинистым раствором, который удерживает стенки траншеи от обрушения.

При строительстве сооружений с применением монолитного бетона в траншею опускают арматурные каркасы и заполняют бетонной смесью, вытесняющей тиксотропный раствор. Значительный эффект достигнут при переходе к сборному железобетону. В подготовленную траншею, заполненную тиксотропным раствором, опускают сборные железобетонные панели заводского изготовления, соединенные между собой. Сразу же после их установки приступают к выемке грунта.

Одним из существенных преимуществ рассматриваемого способа является то, что заполненная бентонитом траншея служит почти идеальной противофильтрационной завесой; это имеет важное значение при ведении работ в слабых водонасыщенных грунтах при высоком уровне грунтовых вод. Такой способ особенно эффективен при сооружении подземных конструкций малой массы с большой глубиной заложения.

Практика показала, что тиксотропный раствор надежно удерживает стенки траншей от обрушения, не влияет на силу сцепления арматуры с бетоном (около 3 МПа). Несмотря на бентонитовую пленку, обеспечивается также большое сцепление бетона с грунтом, достигающее 0,1 МПа.

Боковое давление откосов грунта в сторону траншеи, как следует из опыта, меньше давления тиксотропного раствора, и поэтому откосы устойчивы. При переходе геля в жидкое состояние сопротивление раствора становится уже недостаточным, а потому в суспензию иногда вводят добавку для увеличения ее удельной массы, например тонкоразмолотыи тяжелый шпат (4,8 г/см3).

Бентонитовые растворы обеспечивают глинизацию грунтовых стенок траншеи; кроме того, они удерживают во взвешенном состоянии шлам и обломки разрыхленной породы. Глинизация — отложение глинистой корки на стенках траншеи — происходит в результате фильтрации раствора: вода уходит через поры грунта, а на стенках облагается слой гелеобразной глинистой массы. Качество глинистой корки зависит от свойств раствора, в первую очередь от его водоотдачи, т.е. способности отфильтровывать воду через пористую среду.

Бентонитовая суспензия проникает в поры грунта, причем с уменьшением скорости ее проникания наступает стадия образования геля. Глубина проникания раствора в стенки скважин зависит от пористости грунта; в гравийном грунте она составляет несколько сантиметров. Уменьшения срока гелеобразования можно достичь, повышая концентрацию бентонита или вводя специальные добавки.

Следует отметить, что переход раствора из жидкой стадии (золя) в студенистую (гель) происходит достаточно быстро, и в течение краткого существования золя стенки траншеи не успевают обрушиться. Благодаря этому траншеи могут оставаться открытыми и поддерживаться тиксотропным раствором достаточно длительно, причем без деформаций грунта на прилагающих к траншее участках. Последнее позволяет разрабатывать такие траншеи непосредственно у существующих сооружений.

Так как стенки траншеи все время должны находиться под защитой тиксотропной суспензии, то углубление траншеи надо производить, постоянно добавляя глинистый раствор, который должен находиться обязательно выше горизонта грунтовых вод, иначе обрушение верхней части траншеи неизбежно.

Опыт применения стен в грунте показал возможность значительного снижения стоимости и трудоемкости строительства подземных сооружений этим методом.

Примеры строительства подземных сооружений способом «стена в грунте» в условиях Северо-Запада. При относительно неглубоком заглублении сооружений целесообразнее применять сборные элементы; глубокие колодцы предпочтительнее выполнять монолитными. Бетонирование стен в монолитном варианте ведется отдельными захватами, для чего в готовых арматурных каркасах предусматриваются (в намеченных проектом местах) металлические диафрагмы, которые после установки каркасов образуют в траншее перегородки. Можно также разделять траншеи на секции трубчатыми или шпунтовыми сваями с арматурными выпусками, погружаемыми в местах стыков. Диаметр такой сваи должен быть несколько больше ширины траншеи.

Строительство подземных сооружений методом «сборная стена в грунте» пока ограничено глубиной заложения объекта и размерами сборных элементов, которые, в свою очередь, ограничиваются грузоподъемностью кранов и возможностью транспортировки. В практике нашли применение железобетонные панели типа ПСН размерами 8x1,6x0,5 м и массой около 15 т.

Рассмотрим некоторые примеры строительства насосных станций способом «стена в грунте».

1. Первым сооружением, построенным в 1964-1965 г. таким способом, был колодец насосной станции стройбазы треста Кировстрой в Ленинграде, построенный Главспецпромстроем под руководством А. И. Певзнера. Кольцевая траншея устраивалась роторной буровой установкой УРБ-ЗАМ с применением бентонитового раствора, который имел удельную массу 1,19 г/см3, вязкость — 25 с, водоотдачу — 22 см3 за 30 мин, содержал 2% песка. Внутренний диаметр кольца траншеи составил 5 м при ширине ее 35 см.

Геологические условия строительной площадки характеризовались следующим напластованием грунтов: с поверхности шел насыпной грунт толщиной 1 м, затем — песок с органическими включениями 0,5-1 м, а с глубины 1,5-2 м — прослойка торфа (0,4-0,6 м); далее залегал иловатый песок, содержавший много органических примесей, а на глубине 5,5-6 м — водонасыщен-ные суглинки. Грунтовые воды стояли на 30-40 см от поверхности. Бурение по окружности колодца производилось в четыре захватки до плотных суглинков на глубину 9,6 м. Первые две захватки располагались на противоположных концах диаметра колодца.

Арматурные каркасы, изготовленные из стали класса АН диаметром 16 мм, имели по краям металлические диафрагмы, которые давали возможность каждую захватку, равную одной четверти длины окружности колодца, бетонировать отдельно. Каркасы устанавливались в траншею десятитонным автокраном.

Укладку бетонной смеси в траншею, заполненную бентонитовым раствором, производили методом ВПТ. На каждой захватке было установлено по три трубы с внутренним диаметром 200 мм. Бетонирование каждой захватки объемом 12 м3 велось без перерывов. Бетонная смесь была принята состава 1: 1,8:3,6 при водоцементном отношении 0,63 и осадке конуса 18-20 см.

Лабораторные испытания кернов, взятых из различных участков стен колодца, показали: прочность бетона на сжатие 20,2 МПа; коэффициент однородности 0,65; объемная масса 2,4 г/см3. Коэффициент фильтрации образцов с бентонитовой коркой составил 4 — 10-8 см/с.

К выемке грунта экскаватором с грейферным ковшом внутри колодца приступили через 15 суток после бетонирования. По окончании выемки грунта было установлено:
а) бентонитовый раствор образовал между грунтом и уложенным бетоном корку, которая явилась хорошей гидроизоляцией, так как при наличии водонасыщенных грунтов и глубокой траншеи (в 3 м от стен колодца), всегда заполненной водой, фильтрации через стены колодца не наблюдалось;
б) местами бетон стен колодца был неоднороден; можно предположить, что это результат применения щебня в качестве инертной фракции (в данных условиях более пригоден гравий, лучше обтекаемый раствором) или частичного расслоения бетонной смеси при ее транспортировке (смесь надо дополнительно перемешивать на строительной площадке, а лучше готовить ее непосредственно на месте);
в) были обнаружены незначительные линзовые включения грунта в бетоне, что можно объяснить нарушением технологии подводного бетонирования, недостаточно полным извлечением из траншеи разрыхленной породы, часть которой осталась во взвешенном состоянии в бентонитовом растворе, или завышением объемной массы глинистого раствора (более 1,35 г/см3).

Исследования показали, что бетон, правильно уложенный в глинистый раствор, приобрел проектную прочность и имел хорошие качественные показатели. Включений глины в виде прослоек или линз в толще бетона обнаружено не было. На ее поверхности образовалась глинистая корка толщиной от 0,2 до 2 см, которая противостояла значительному напору грунтовой воды и служила гидроизоляционным экраном.

2. При сооружении насосной станции в районе Парнаса (Ленинград), построенной в 1963 г. способом «стена в грунте», впервые был применен гидромеханизированный траншеекопатель. Колодец диаметром 10 м, со стенами толщиной 0,6 м заделывался в водоупор на 2,2 м. Стены были разделены по периметру на шесть захваток; в качестве ограничителей между ними устанавливались трубчатые железобетонные сваи диаметром 60 см. Форшахта из деревянных щитов, установленных в котловане на глубину 1,5 м, оказалась недостаточно жесткой и не обеспечила устойчивости стенок траншеи.
3. В 1969 г. в Обухове (Ленинград) была построена канализационная насосная станция с наружным диаметром 10,6 м, со стенами толщиной 0,6 м. Учитывая опыт в районе Парнаса, форшахту выполняли из монолитного железобетона, что повысило устойчивость стенок траншеи.
4. В районе Вологды по проекту Фундаментпроекта способом «сборная стена в грунте» осуществлено строительство насосной станции диаметром 24 м и глубиной заложения 10 м. Подземная часть станции состояла из 46 железобетонных панелей массой 14,1 т каждая, размерами 9,7x1,6x0,4 м, установленных в траншею, отрытую грейфером конструкции Фун даментпроекта. Омоноличивание стыков между панелями и за полнение пазух между стенками траншеи и панелями произво лилось цементно-песчаным раствором марки 300. По мере выемки грунта изнутри колодца на стыки приваривали стальные накладки.

Применение способа «сборная стена в грунте» вместо опускного колодца сократило трудозатраты в 1,5 раза и сэкономило 112 тыс. руб.

Приведенные примеры показывают, что способ «стена в грунте» должен шире внедряться в строительство водозаборных и канализационных сооружений в условиях Севера.

Характеристика и составы глинистых растворов. Глинистые растворы в строительной технике широко используются уже давно: при бурении глубоких скважин, создании противофиль-трационных завес, для инъекций в грунт с целью повышения его водонепроницаемости и т. д.

Некоторые виды глин вводятся в бетонную смесь (2-4% от массы цемента) для увеличения ее пластичности. При этом применяются главным образом бентонитовые глины, так как другие виды глин не обладают характерными для бентонита коллоидными свойствами; кроме того, они ухудшают качество бетона, связывая часть цемента. Добавка бентонитовой глины уменьшает расслоение бетонной смеси, повышает ее вязкость, а также однородность и водонепроницаемость бетона. Уменьшается также отрицательное влияние усадки бетона при его твердении, а прочность бетона на сжатие не только не снижается, а иногда даже увеличивается.

Характерной особенностью бентонита является его тиксотроп-ность, т.е. свойство раствора (суспензии) загустевать в спокойном состоянии при постоянной температуре и вновь переходить в жидкое состояние (золь) при встряхивании или перемешивании с последующим обратимым восстановлением состояния геля, причем этот процесс может повторяться любое число раз.

Благодаря своим тиксотропным свойствам бентонитовые глины оказались наиболее пригодными для использования в качестве рубашек при погружении опускных колодцев и заполнителя траншей при строительстве способом «стена в грунте». Бентонит считается достаточно «активным» при содержании в нем не менее 65% монтмориллонита.

Глинистый раствор, обладающий тиксотропными свойствами, заполняет полость между наружной поверхностью колодца и грунтом, что значительно уменьшает силы бокового трения и в то же время гарантирует устойчивость грунтовых стенок. Кроме того, раствор должен удерживать во взвешенном состоянии частицы разрабатываемого грунта, кольматировать грунт и образовывать водонепроницаемую пленку.

Состав глинистого раствора должен устанавливаться в каждом отдельном случае лабораторией в зависимости от геологического строения и прочих условий строительной площадки.

При необходимости увеличения удельной массы раствора в него вводят тонкомолотый барит (тяжелый шпат) или окись железа. Уменьшение удельной массы достигается добавлением воды. Показатели качества глинистых растворов улучшают путем добавления кальцинированной соды — Са2С03 (0,4-0,5% от массы раствора), пирофосфата натрия — Na4P207 и некоторых других веществ. При проходке крупногравелистых грунтов для снижения расхода глинистого раствора увеличивают его вязкость введением извести или жидкого стекла.

Главспецпромстрой в Инструкции по проектированию опускных колодцев (МНС 125-66/ММСС СССР) рекомендует следующую объемную массу тиксотропной суспензии (т/м3): 1,2- 1,25 для песков, супесей, суглинков, глин и 1,15-1,2 для гра-вийно-галечниковых грунтов. Перемешивание раствора следует производить в течение 40-50 мин.

Расход глинистого раствора, учитывая возможные местные расширения и щели, а также потери раствора на утечку в грунт, должен рассчитываться с коэффициентом 1,5. При расположении нескольких объектов рядом и их одновременном строительстве или при сооружении объекта по частям вытесненный бетонной смесью тиксотропный раствор можно использовать дважды, но не более.

В зимнее время глиносмесительные установки и кладовые для хранения глиняного порошка и химических реактивов должны помещаться в утепленных помещениях; воду надо подогревать до 30-40 °С. Система трубопроводов в случае перерыва должна быть освобождена от раствора и промыта водой.

При опускании колодца и возведении сооружений способом «стена в грунте» работы принимаются в соответствии с требованиями СНиП III-9-74.



Похожие статьи:
Устранение фильтрации в бетонных колодцах

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Водозаборные и очистные сооружения

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум