Источник: 15-я международная научная конференция молодых ученых. 2009 г.
В настоящее время застройка городской площади и работы по реконструкции сущест- вующих объектов сориентированы на возведение высотных зданий и строительства заглуб- ленных сооружений методом «стена в грунте» вместо традиционных способов - «открытый котлован» или «опускной колодец». Способом «стена в грунте» называют разработку глубоких узких траншей под глини- стым раствором с последующим заполнением их заглинизированным грунтом, грунтобето- ном, монолитным бетоном или железобетоном [5]. Сущность технологии «стена в грунте» в пробивании слоя почвы струей бетона под высоким давлением с одновременным их перемешиванием. Таким образом, грунт не вытес- няется с места своего залегания, как это делается при использовании свай, а образует с це- ментом новый материал с высокими прочностными качествами под названием грунтобетон. «Стена в грунте», к тому же, может являться не только преградой, ограждающей котлован от проникновения подземных вод. Ее прочность позволяет использовать эту конструкцию в ка- честве фундамента будущего здания. Технология «стена в грунте» еще и целесооб- разна экономически, так как снижаются объемы земляных работ и мероприятия по водоотве- дению. Иногда даже она может позволить начать надземное строительство еще до заверше-ния полного цикла строительства подземного сооружения, что положительно сказывается на общих сроках сдачи объекта [3].
Строительную технологию "Стена в грунте" целесообразно применять для сооруже- ния тоннелей, фундаментов зданий, подземных паркингов, промышленных подземных хра- нилищ, портовых сооружений, для создания противофильтрационных элементов. Она эф- фективна при строительстве подземных сооружений на значительной глубине (обычно около 20 м) на застроенных территориях [1].
В отечественной практике применяют несколько разновидностей метода «стена в грунте»:
• свайный, когда ограждающая конструкция образуется из сплошного ряда вертикаль- ных буронабивных свай;
• траншейный, выполняемый сплошной стеной из монолитного бетона или сборных железобетонных элементов.
В зависимости от свойств грунта и его влажности применяют два вида возведения стен — сухой и мокрый. Мокрым способом возводят стены подземных сооружений в водонасыщенных неус- тойчивых грунтах, требующих закрепления стенок траншей от обрушения грунта в процессе его разработки и при укладке бетонной смеси. При этом способе в процессе работы земле- ройных машин устойчивости стенок выемок и траншей достигают заполнением их глини- стыми растворами (суспензиями) с тиксотропными свойствами. Для глинистого раствора тиксотропность - это способность загустевать в состоянии покоя и предохранять стенки траншей от обрушения, но и разжижаться от колебательных воздействий. Сущность действия глинистого раствора заключается в том, что создается гидроста- тическое давление на стенки траншеи, препятствующее их обрушению, кроме этого на стен- ках образуется практически водонепроницаемая пленка из глины толщиной 2...5 мм. Последовательность работ при устройстве монолитных конструкций по способу «сте- на в грунте»:
1) забуривание торцевых скважин на захватке;
2) разработка траншеи участками или последовательно на всю длину при постоян- ном заполнении открытой полости бентонитовым раствором, с ограничителями, разделяю- щими траншею на отдельные захватки;
3) монтаж на полностью отрытой захватке арматурных каркасов и опускание на дно траншеи бетонолитных труб;
4) укладка бетонной смеси методом вертикально перемещаемой трубы с вытеснени- ем глинистого раствора в запасную емкость или на соседний, разрабатываемый участок траншеи.
Арматура «стены в грунте» представляет собой пространственный каркас из стали пе- риодического профиля, который должен быть уже траншеи на 10... 12 см. Перед опусканием арматурных каркасов в траншею стержни целесообразно смачивать водой для уменьшения толщины налипаемой глинистой пленки и увеличения сцепления арматуры с бетоном. Бетонирование осуществляют методом вертикально перемещаемой трубы с непре- рывной укладкой бетонной смеси и равномерным заполнением ею всей захватки снизу вверх.
Бетонолитные трубы — металлические трубы диаметром 250...300 мм, толщина сте- нок 8...10 мм, горловина — на объем трубы, съемный клапан ниже горловины, пыжи из меш- ковины. Бетонную смесь укладывают до уровня, превышающего высоту конструкции на 10... 15 см для последующего удаления слоя бетона, загрязненного глинистыми частицами. При использовании виброуплотнения вибраторы укрепляют на нижнем конце бетонолитной тру- бы. При трубах длиной до 20 м применяют один вибратор, длиной до 50 м — два вибратора. Трубы на границе захваток обязательно извлекают. Раннее извлечение приводит к разрушению кромок образовавшейся сферической оболочки, что нежелательно, а позднее приводит к защемлению трубы между бетоном и землей, и требуются значительные усилия для ее извлечения. Поэтому часто вместо труб ставят неизвлекаемые перемычки из листово- го железа, швеллеров или двутавров, обязательно привариваемых к арматурным каркасам сооружения.
Вертикальные зазоры между сборными элементами заполняются цементным раство- ром при сухом способе производства работ [4]. В сравнении с давно известными способами ограждения строительных котлованов “cтена в грунте” обладает рядом данных технических преимуществ:
1. Возможность устраивать котлованы там, где обычные способы их крепления не- эффективны или невозможны вовсе.
2. Достаточно высокая водонепроницаемость.
3. Высокая надежность и возможность работы в сложных геологических условиях.
4. Высокие темпы сооружения (до 200 п/м готовой стены в месяц на один станок).
5. Полное отсутствие динамических колебаний грунта, что позволяет осуществлять строительство в непосредственной близости от существующих зданий и коммуникаций.
6. Низкий уровень шума на всех этапах работ [2].
В практике отечественного метростроения метод «стена в грунте» используют при строительстве односводчатых станций (рис. 3). Однако имеются примеры использования этого метода и при строительстве однопролетных двухпутных перегонных тоннелей [7]. Использование метода «стена в грунте» при строительстве односводчатых станций. В Киеве с помощью этого метода строилась станция метро Демеевская (рис. 4). Эта техника предполагает, что участок строительства ограждается железобетонной стеной шири- ной 0,6 м, глубиной до 23 м. Станции возводятся на теснозастроенной территории с городской инфраструктурой. Например, с одной стороны станции „Демеевская“ — авто- трасса, с другой — здание. Если бы не применялся метод „стена в грунте“, пришлось бы ко- пать землю с откосом, т.е. дорогу надо было бы перекрыть, а здание бы „съехало“. „Стена в грунте“ выдерживает напор земли, уменьшает территорию строительства и позволяет строить в городских условиях. Все дальнейшие станции по Куреневско-Красноармейской линии будут построены таким способом». В процессе строительства станции «Демеевская» задействованы два эскалатора производства итальянской фирмы «Казагранде». Они оснаще- ны телескопической штангой с гидравлическим фрейзером. Штанга позволяет работать на глубину до 40 м [6].