НАЗНАЧЕНИЕ ОГРАЖДЕНИИ КОТЛОВАНОВ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ И АКВАТОРИЙ. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

В условиях современного многоэтажного строительства глубина заложения подземной части может превышать 6 м, для чего необходимо применять комплексную технологию разработки грунта и устройства надежного ограждения котлованов.

При извлечении больших объемов грунта происходит изменение нанряженно-деформируемого состояния основания, а неконтролируемые откачки грунтовых вод из котлована сопровождаются значительным водопонижением на прилегающих территориях, вызывающим суффози- онные явления, осадки грунта и фундаментов прилегающих зданий.

Кроме того, в стесненных условиях строительства в пределах плотной городской застройки при устройстве котлованов без дополнительных ограждений требуют ся дополнительные площади доя устройства откосов.

В этих условиях ограждения котлованов должны обеспечивать водонепроницаемость и сохранность построек в пределах деформируемой зоны грунта на расстоянии удвоенной ширины здания, устойчивость от давления грунта и примыкающих зданий, динамических воздействий от перемещающейся строительной техники и транспорта.

Перечислим способы креплений котлованов, наиболее часто применяемые в условиях слабых грунтов Санкт-Петербурга [18,19, 29,31, 37,48,71]:

  • 1) разработка грунта с сохранением естественных откосов;
  • 2) вибрационное погружение или вдавливание стального шпунта;
  • 3) «стены в грунте»: касательные или секущиеся сваи с дополнительной гидроизоляцией контактных зон или без нее, траншейные стены в грунте.

Как уже отмечалось выше, первый способ неэффективен при устройстве котлованов глубиной свыше 3 м в стесненных условиях из-за необходимости задействования дополнительных территорий для устройства откосов, а также сложности обеспечения устойчивости откосов при производственных динамических воздействиях.

Задачу выбора технологий можно решить на основе анализа факторов технологичности, под шторой понимается совокупность положительных качеств технологии устройства ограждения котлованов в конкретных инженерно-геологических условиях строительства, по всем или основным показателям, превосходящим сравниваемые варианты.

Технологичность следует оценивать по трем уровням критериев:

  • • 1-й уровень - интегральный но трем показателям: продолжительности работ, минимальной площади, необходимой для установки оборудованиям стоимости устройства ограждений. Следует отметить, что номенклатура и количество учитываемых показателей может варь- ировагься в зависимости от условий строительства и конструктивных особенностей возводимого сооружения, например можно учитывать количественный состав звена, суммарную массу применяемого оборудования, уровень шума производимый при производстве работ и т. и.;
  • • 2-й уровень - обобщенные критерии оценки вариантов устройства ограждений котлованов;
  • • 3-й уровень - дифференциальные или простые критерии.

Для оценки технологичности каждого варианта необходимо, чтобы все критерии измерялись в соизмеримых показателях: интегральный 0 < J. < 1; обобщенный 0 < т. < 1; дифференциальный 0 < /и < 1.

Для выполнения указанного условия все частные показатели х преобразовываются в безразмерные величины по следующим формулам:

Формула (2.1) применяется, когда увеличение рассматриваемого показателя ведет к увеличению обобщенного и интег ральных критериев, в противном случае применяется выражение (2.2).

Обобщенный и интегральный критерии рассчитываются по формулам:

Здесь коэффициенты весомости i-x обобщенных

и интегральных критериев соответственно, определяемых по методу экспертных оценок. В результате лучшему из рассматриваемых вариантов будет соответствовать максимальный интегральный показатель J.

Приведем пример расчета (табл. 2.1) для устройства ограждений котлована глубиной 5 м, размерами в плане 60х 30 м, длина ограждений по всем технологиям определена как 5x3 = 15 м.

Таблица 2.1

Критерии технологичности вариантов устройства ограждений котлована

Наименование

показателя

Технология устройства ограждения котлована

Лучшее значение

Погружение стального шпунта AU20 с извлечением

Погружение стального шпунта AU20 без извлечения

Касательные сваи с цементацией контактных зон

Секущиеся сваи под защитой обсадных труб

Сплошная бетонная стена в грунте

Секущиеся сваи под глинистым раствором

Варианты

1

2

"5

4

5

6

Частные показатели

Продолжительность работ одной установкой, сут

23

23

68

75

90

113

23

Минимальная площадь участка, м2

66

66

75

95

120

40

40

Стоимость устройства ограждения, млн руб./сут

7,0

22,6

10,9

67,5

139,3

37,1

7,0

Обобщенные критерии

к,

Продолжительность работ

1,00

1,00

0,34

0,31

0,26

0,20

0,35

Минимальная площадь участка

0,61

0,61

0,53

0,42

0,33

1,00

0,15

Стоимость

работ

1,00

0,31

0,64

0,10

0,05

0,19

0,50

Интегральный критерий технологичности

1,00 | 0,60 | 0,52 | 0,22 0,16 | 0,32

Сравним варианты устройства ограждения котлованов по шести вариантам: I -й и 2-й варианты — вибрационное погружение шпунта с последующим извлечением и без него; 3-й вариант — устройство касательных буровых свай шнеком с дополнительной струйной цементацией контактных зон для обеспечения водонепроницаемости; 4-й вариант - секущиеся буровые сваи, устраиваемые под зашитой обсадных труб; 5-й вариант—сплошная бетонная стена в грунте, устраиваемая челюстным грейфером, подвешиваемым на крюке крана; 6-й вариант — секущиеся сваи, выполняемые под глинистым раствором для обеспечения устойчивости стенок и удержания ствола скважин в процессе бурения. Результаты расчетов приведены в табл. 2.1, на основании которых с учетом увеличения интегрального критерия технологичности расположим рассматриваемые варианты но возрастанию приоритетности: 5—>4—»6—>3—»2—>1. Из полученных данных следует практически важный вывод о рациональности вибрационного в определенных условиях погружения стального шпунта с последующим его извлечением.

В условиях нового строительства и реконструкции объектов при производстве различных видов работ нулевого цикла (ограждение котлованов, устройство разделительных стенок, создание в грунте водогрунтонепроницаемых префад) из всего спектра современных технологий погружение шпунта является наиболее универсальным и технологичным решением. Классификация шпунтовых ограждений по различным признакам представлена на рис. 2.1.

Следует отметить, что для любого способа погружения шпунта существуют ограничения но его применению при наличии в геологическом разрезе включений из валунных отложений, крупного строительного мусора, конструкций старых фундаментов и т. п.

Рассмотрим примеры рационального применения шпунта в различных условиях строительства (рис. 2.2):

  • • устройство ограждений котлованов, позволяющее освободить территорию строительной площадки от необходимого размещения откосов коглована, что особенного важно в стесненных условиях строительства (рис. 2.2, а);
  • • разъединительные преграды, позволяющие минимизировать осадки конструкций существующих зданий от дополнительных нагрузок нового строительства (рис. 2.2, б)
Классификация шпунтовых ограждений

Рис. 2.1. Классификация шпунтовых ограждений

Рис. 2.2. Различные области применения шпунта: a — ограждение котлованов; б — разъединительные преграды; в — экран при забивке свай; г — гидротехническое строительство; д — противофильтрацион- ные завесы; е — формированиеограждаюших конструкций в грунте вподземном строительстве: 1 — шпунт; 2 — котлован; 3 — существующее здание; 4 — возводимое здание; 5 — сваи; 6 — копер; 7 — водоносный слой; 8 — монолитная бетонная стена в грунте; 9 — перекрытия подземных этажей

  • • экранирование конструкций существующих зданий и инженерных сетей от динамического воздействия, распространяющегося в грунте при забивке свай заводского изготовления (рис. 2.2, в). При этом необходимо с большой осторожностью подходить к назначению параметров шпунтового ограждения в тех случаях, когда основание существующего здания подстилают рыхлые песчаные грунты, так как в этих случаях забивка свай может привести к колебанию самого ограждения, что вызовет переуплотнение песков и дополнительные осадки здания [60]. Следует отметить, что при вдавливании свай заводского изготовления и устройстве набивных свай в грунте действуют дополнительные горизонтальные давления, которые в определенных условиях могут приводить к деформациям существующих конструкций. Такие аварийные ситуации позволяют предотвратить устройство разделительных экранов из шпунта;
  • • при устройстве различных гидротехнических сооружений: причалов (пирсов), молов, каналов, дамб, плотин, каналов и т. п. (рис. 2.2, г);
  • • грунтоводонепроницаемые преграды, предотвращающие развитие плавунных явлений и суффозии при водоотливах из котлованов, а также предохраняющие грунтовые воды от загрязнения на территориях захоронения отходов различного происхождения (рис. 2.2, д);
  • • при формировании ограждений подземных сооружений, выполненных по технологиям непрерывных стен в грунте, касательных свай, струйной цементации. В этом случае шпунт может служить в качестве несъемной опалубки или дополнительной гидроизоляции (рис. 2.2, е);
  • • при использовании в качестве постоянных несущих ограждающих подземных конструкций сооружений различного назначения — подземных паркингов, заглубленных конструкций малоэтажных зданий, тоннелей (см. раздел 4). В этом случае шпунтовое ограждение воспринимает нагрузки от конструкций возводимого здания, давления грунта, подземных вод и т. п. Кроме того, шпунт совмещает функции ограждения котлована на период строительства, несущей конструкции и гидроизоляции [61,62, 64, 110].

Классификация шпунта по материалу и технолог ии погружения представлены на рис. 2.3. В рассмотренных выше случаях различного применения по-прежнему чаще всего используют стальной шпунт как более экономичное решение, наряду с хорошей оборачиваемостью (для современных шпунтов составляет от 5 до 10 циклов) и достаточной

Конструктивно-технологическая классификация шпунта жесткостью сечения для удержания стенок котлованов

Рис. 2.3. Конструктивно-технологическая классификация шпунта жесткостью сечения для удержания стенок котлованов.

Применяемые в современном строительстве виды поперечных сечений стального шпунта и замковых соединений показаны соответственно на рис. 2.4 и 2.5. Сравнительные технические характеристики некоторых видов стального шпунта с разными формами поперечного сечения представлены в табл. 2.2.

Виды стального шпунта по форме поперечного сечения

Рис. 2.4. Виды стального шпунта по форме поперечного сечения: a — плоский; б, в — корытообразного сечения типа Ларсен (U-образный); г,д — Z, Н-образный, соответственно; е, ж — круглый и полукруглый из труб, соответственно; з — комбинированные системы

Виды замковых соединений стального шпунта

Рис. 2.5. Виды замковых соединений стального шпунта

Сравнительные технические характеристики стального шпунта

Таблица 2.2

Тип шпунта (марта)

Момент инерции /, см7м

Момент

сопротивления

W, см5

Масса 1 м2,

КГ

Размеры: ширина — высота, см

Форма сечения, номер рис.

На 1 м шпунтовой стены

1

2 | 3

4

5

6

Российское производство

(П) 4010

129

45

112,3

40

2.4, а

(11) 5012

111

39

119,9

50

2.4, а

JI4

39 600

2200

190

43,6-20,4

2.4,6

Л5

50 943

2962

238

46,6-19,6

2.4,6

Л5ум

76 437

3555

228

50,0-23,8

2.4, 6

(К) 120

25 500

1210

110,5

58-42

2.4, в

Окончание табл. 2.2

1

2

3

4

5

6

(К) 160

38 100

1610

120

73-47

2.4, в

(К) 180

45 400

1810

126

69,5-50

2.4, в

(К)200

51 000

2040

135

82,5-50

2.4, в

(К)220

58 600

2240

140

79,5-52

2.4, в

(К)250

69 200

2510

148

75,5-55

2.4, в

(К)300

94 200

ЗОЮ

155

96-62,5

2.4, в

F4210

225 281

4227

138

101-50

2.4, ж

F4610

247 340

4641

150

101-50

2.4, ж

F50I0

269 315

5053

162

101-50

2.4. ж

F4512

286 118

4520

123

121-50

2.4, ж

Европейское производство фирмы Arcelor Mitta

AZ14

21 300

1400

116,9

67-30.4

2.4, г

AZI7

31 580

1665

108,6

63-37,9

2.4, г

AZI8

34 200

1800

118,1

63-38

2.4. г

AZ19

36 980

1940

128,6

63-38,1

2.4, г

AZ25

52 250

2455

145,2

63-42,6

2.4, г

AZ26

55 510

2600

155,2

63-42,7

2.4, г

AZ28

58 940

2755

165,7

63^42,8

2.4, г

AZ46

110 450

4595

228,6

58-48,1

2.4, г

HZ880MA

363 720

8525

280

239,8-80

2.4,з

HZ1080MA

688 290

12515

332

239,8-105

2.4.3

HZ1180MA

916 220

16425

413

239,8-108

2.4,з

В последнее время все больше используют как за рубежом, так и в России в определенных условиях строительства полимерный шпунт. По сравнению с традиционными решениями на основе стального шпунта применение полимерного шпунта имеет следующие преимущества:

  • • меньшая стоимость (в 4-6 раз);
  • • меньшая масса (в 8-10 раз);
  • • отсутствие коррозии и высокая химическая стойкость, кроме того шпунт сохраняет свои физико-механические свойства в температурном диапазоне от -60 до +50 °С;
  • • гарантированная долговечность от 30 до 50 лет вне зависимости от агрессивности грунтовых вод;
  • • меньшие затраты на механическую обработку, транспортировку и погрузо-разгрузочные операции.

Выпускаемый полимерный шпунт имеет различные формы и ирофили поперечного сечения (рис. 2.6), позволяющие решать разнообразные технологические задачи.Технические характеристики полимерного шпунта представлены в табл. 2.3.

Формы профилей полимерного шпунта

Рис. 2.6. Формы профилей полимерного шпунта: a — SG-525; б — SG-950; в - Flat Panel; г—CL-450

Технические характеристики полимерного шпунта

Таблица 2.3

Наименование

Момент инерции сечения, см4

Момент сопротивления сечения, см3

Толщина стенки, мм

Высота профиля, мм

Ширина профиля, мм

Материал

Конфигурация

профиля

1

2

3

4

5

6

7

8

GG- 95

67 730

3140

13,7

432

762

Полиуретан

Z

GG-75

36 050

2027

10,2/10,9

356

610

Полиуретан

Z

GG- 50

14 200

1118

8,3/9,0

254

914

Полиуретан

и

GG- 30

6828

672

6,4

203

457

Полиуретан

Z

Окончание табл. 2.3

1

2

3

4

5

6

7

8

GG-20

2322

330

4,4/5,1

140

610

Полиуретан

и

111 К-150

17 886

210

5,0

145

600

Полиуретан

и

SG-9S0

46 567

3054

16,5

305

457

Арамид

Z

SG-750

24 854

1957

11,7

254

305

Арамид

Z

SG-650

20 484

1613

11,7

254

457

Арамид

Z

SG- 625

16 660

1312

9,8

254

762

Арамид

и

SG- 525

10 788

946

7,4

229

610

Арамид

и

CL-

ШО

9969

871

7,1

229

610

Арамид

и

SG-400

8194

806

7,6

203

305

Арамид

Z

Flat

Panel

12 430

1086

7,0

229

610

Арамид

F

SG- 325

5326

597

6,4

178

610

Арамид

и

SC-225

2458

387

5,7

127

457

Арамид

и

G- 300

613

131

6

60

150

ПВХ

и

G-500

4288

506

9

120

250

ПВХ

и

Примечание: арамид — композитный материал из эпоксидной смолы и арамида (ароматический полиамид — полипарафенилентерефталамид, синтетическое волокно высокой механической и термической прочности).

Классификация полимерного шпунта по способам изготовления и применяемого материала представлена на рис. 2.7.

Шпунт изготавливают методом пултрузии (рис. 2.8) и экструзии из следующих материалов:

  • • поливинилхлорида (ПВХ) с добавлением стабилизаторов;
  • • композитного материала на основе полиуретана;
  • • композитного материала на основе арамида и эпоксидной смолы. Технология пултрузии основана на протягивании волокнистых

армирующих материалов, предварительно пропитанных полимерной композицией, через нагретую формообразующую фильеру, в которой происходит управляемый термореактивный процесс полимеризации связующего полимера (см. рис. 2.8).

Классификация полимерного шпунта

Рис. 2.7. Классификация полимерного шпунта

С учетом существующего ассортимента выпускаемого полимерного шпунта с моментом сопротивления аналогичным стальным шпунтам (до 3140 см3/м) его применение наиболее эффективно в следующих областях:

  • • траншеи глубиной до 5 м и неглубокие котлованы глубиной до 3(4) м, причем в слабых грунтах обязательным условием является устройство обвязочных поясов и крепление горизонтальными распорками из стачьных труб;
  • • для дополнительного устройства гидроизоляции котлованов, в том числе и при аварийном устранении протечек деформированного стального шпунта;
  • • для формирования гидроизоляционных экранов в грунте но контуру полигонов складирования бытовых и производственных отходов;
  • • для укрепления берегов рек, водоемов и каналов;
  • • для предохранения дорожных насыпей от оползней.

Более подробно технология погружения полимерного шпунта изложена в разделе 3.4.3.

Установка для производства шпунта методом пултрузии

Рис. 2.8. Установка для производства шпунта методом пултрузии:

/ — катушки с пропитанным связующим полимерным волокном; 2 — протяжное устройство с формообразующей фильерой и нагревающими элементами, обеспечивающими температуру полимеризации; 3 — готовое изделие — шпунт

В составе технологической карты для устройства шпунтового ограждения необходимо выполнить расчет требуемого количества и массы шпунта. При этом следует предусмотреть устройство угловых сопряжений, которые в зависимости от типоразмера шпунта и конфигурации ограждения решаются введением следующих дополнительных элементов:

  • 1) углового шпунта;
  • 2) инвентарных соединительных элементов (рис. 2.9, а, в-д);
  • 3) тгтунта. к боковой грани которого приваривается замковое соединение, его положение определяется геометрией ограждения (рис. 2.9, б).
Варианты устройства угловых соединений шпунтового ограждения

Рис. 2.9. Варианты устройства угловых соединений шпунтового ограждения: a — универсальные угловые элементы; б — «отводные» элементы, которые приваривают к полке шпунта; в, г, д — угловые элементы для комбинированных систем, плоского и холодногнутого шпунта соответственно

Наряду с рассмотренными решениями перспективен для устройства ограждений в грунте способ применения шпунта в виде железобетонных заводских панелей. Такой шпунт представляет собой прямоугольные элементы толщиной 100-300 мм, высотой сечения 500-1200 мм и длиной до 24 м (рис. 2.10,а, б). Такой шпунт выполняют,как правило, из предварительно напряженного железобетона. Применение железобетонного шпунта по сравнению со стальными конструкциями для ограждений, неизвлекаемых из грунта, экономичнее в 1,70-1,86 раза.

Основные конструктивные параметры шпунта представлены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Конструктивные параметры железобетонного шпунта

Наименование

шпунта

Размеры, мм

Объем,

м3

Масса,

т

Примечание

ШБА 80-35

8000x350x400

1,04

2,60

ОАО «Опытный завод ЖБИ», г. Краснодар

ШБА 100—38

10000x350x400

1,32

3,30

ШБА 120-35

12000x350x400

1,65

4,10

ШБА 135-35

12000x350x400

1,86

4,65

Шпунт 80.16

8000x160x650

0,76

1,90

Рабочий чертеж № 40284-ГР1. И-СШ ЗАО «Ин- проектречтранс»

Шпунт 100.16

10000x160x650

0,95

2,37

Преднапряженный железобетон

ОГВк-35х55-1

До 24000x300x550

0,16

0,40

нииосп

им. Н.М. Герсе- ванова

ОГВк-3555-2

До 24000x300x550

0,15

0,37

Примечание: для шпунта ОГВк значения массы и объема приведены на 1 пог. м длины шпунта.

Погружение железобетонного шпунта выполняется забивным способом или вдавливанием (рис. 2.10, в). Для облегчения погружения в плотных песчаных или глинистых грунтах применяется подмыв или лидерное бурение шнеком.

Выше рассмотрены особенности устройства ограждений котлованов в условиях городской застройки из стальных, полимерных и железобетонных шпунтовых элементов с шириной поперечного сечения от 350 до 750 мм. Однако при строительстве гидротехнических сооружений различного назначения применение такого шпунта, погружаемого с плавсредств, имеет целый ряд недостатков:

1

Применение шпунта из железобетонных элементов заводского изготовления

Рис. 2.10. Применение шпунта из железобетонных элементов заводского изготовления:

а, б— конструктивные решения шпунтов, применяемых в Японии и России, соответственно (НИИЖБ); в — погружение шпунта вдавливанием в гидротехническом строительстве установкой СР50 (Giken Seisakusho Со.. Ltd, Япония); / — установка вдавливания СР50; 2 — оператор; 3 — погруженное шпунтовое

ограждение

мых на берегу из рулонированной стали и доставляемых плавсредствами к месту установки на подготовленное грунтовое основание дна для последующего погружения и заполнения песком (рис. 2.11). Технологии возведения таких сооружений подробно рассматриваются в разделе 4.

Конструктивная схема гидротехнических сооружений, выполненных из стальных оболочек

Рис. 2.11. Конструктивная схема гидротехнических сооружений, выполненных из стальных оболочек:

a — вид оградительного сооружения в плане; б — поперечный разрез сооружения по оси оболочки; 1 — тонкостенная оболочка из рулонированной стали; 2 — промежуточный упругий вкладыш; 3 — грунт заполнения; 4 — верхнее строение; 5 — каменная постель (защитная призма)

В следующих разделах будут рассмотрены вопросы назначения параметров шпунта при производстве работ в примыкании к существующим зданиям, а также основные элементы технологии работ по устройству защитных офаждений на акватории.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >