Как возводятся конструкции по технологии «Стена в грунте»

В пределах готовых участков тран­шеи бетонируют монолитные конструкции стен (рис. 1) или опускают сборные конструктивные элементы. После вскрытия очередного участка траншеи в него устанавливают арматурные каркасы, ширина которых должна быть на 10—12 см меньше ши­рины траншеи для обеспечения защитного слоя бетона достаточ­ной толщины. Каркасы чаще всего делают сварными, включая иногда в их состав элементы жесткости. Для обеспечения точного положения каркасов в траншее к ним с боков приваривают салазки- катки, служащие направляющими при опускании. В верхней час­ти каркасов закрепляют поперечные планки, которыми каркас опирается на грунт, а в нижней — короба для последующего со­пряжения стен с междуярусными перекрытиями и днищем. В кар­касах должны быть предусмотрены каналы для пропуска бетонолитных труб и закладные детали для грунтовых анкеров. Для обеспечения гладкой внутренней поверхности стен подземного со­оружения на опускаемых в траншею арматурных каркасах иног­да закрепляют листы из полимерных материалов. Перед опуска­нием каркасов размеры их должны быть тщательно проверены. Обычно каркасы устанавливают непосредственно перед бетониро­ванием стен, поскольку глинистые частицы с течением времени осаждаются на арматуре, ухудшая ее сцепление с бетоном. Хотя глинистый раствор практически не окисляет арматуру, длительный разрыв во времени между установкой каркасов и бетонированием (более суток) неблагоприятно сказывается на качестве конструк­ции стен.

I — разработка грунта по глинистым раствором; II — опускание распределительных элементов; III — установка армокаркасов; IV — бетонирование стен и извлечение ограничителей; V — разработка грунтовых целиков; VI — установка армокаркасов; VII — бетонирование стен; 1- напорная штанга; 2 — копровая стойка; 3 — кран-экскаватор; 4- грейфер; 5 — кран; 6 — ограничители; 7 — глинистый раствор; 8 — армокаркас; 9 — отстойник; 10 — автобетоновоз; 11 — бетонолитные трубы.

После установки арматурных каркасов начинают бетониро­вание участков стен до низа перекрытия подземного сооружения. Технология укладки бетонной смеси такая же, как и при подвод­ном бетонировании с применением вертикально перемещающей­ся трубы (ВПТ). Бетонная смесь марки не менее М200 должна быть достаточно подвижной и пластичной и иметь осадку стан­дартного конуса 16—20 см при крупности заполнителя до 50 мм. При этом водоцементное отношение должно быть не более 0,6, а срок схватывания — не менее 2 ч. Доставленную на строи­тельную площадку бетонную смесь подают в траншеи через бун­кер по вертикальной бетонолитной трубе, опущенной между сет­ками арматурного каркаса. Обычно применяют стальные цельно­тянутые трубы диаметром 219—300 мм со стенками толщиной 8 — 10 мм, состоящие из отдельных звеньев длиной 1 —1,5 м, соеди­ненных плоскими быстроразъемными замками. Нижний конец бето­нолитной трубы должен быть погружен в бетонную смесь не ме­нее чем на 1 —1,5 м. Для предотвращения возможного заклини­вания бетонной смеси в трубе на бункере закрепляют площадоч­ный вибратор. Бункер с бетонной смесью устанавливают на вышке и закрепляют при этом на платформе, которая имеет возмож­ность перемещаться в вертикальном направлении по стойкам выш­ки (рис. 2,а). Иногда участок траншеи бетонируют несколь­кими трубами одновременно (рис. 2, б).

Для подачи бетонной смеси в траншеи глубиной до 20 м на­ряду с вибробункером применяют телескопический укладчик про­изводительностью 12—20 м3/ч (рис. 2, в). Он состоит из ковша- бункера, телескопической трубы, клапанного затвора и лебедки или крана для подъема ковша. Ковш устанавливают в вертикаль­ное положение поворотом на 90°. При этом бетонная смесь начина­ет перемещаться по трубе. При бетонировании методом ВПТ по мере укладки бетонной смеси бункер или ковш вместе с бетоно­литной трубой постепенно поднимают, следя за тем, чтобы конец трубы был заглублен в бетонную смесь. При этом трубу посекци­онно укорачивают. Бетонирование ведут практически непрерывно, допуская перерывы не более 2—3 ч.

Рассмотренная технология укладки бетонной смеси с примене­нием вибробункеров и телескопических укладчиков имеет недо­статки, связанные с цикличностью бетонирования, трудоемкостью монтажа и демонтажа звеньев бетонолитных труб, необходимостью использования только литых бетонных смесей с повышенным рас­ходом цемента. В настоящее время созданы специализированные бетононасосы и бетоноукладчики непрерывного действия для бе­тонирования траншейных стен, снабженные телескопической стре­лой, которая может подавать бетоновод в любую точку траншеи (рис. 2,г). При этом бетонная смесь укладывается снизу вверх под давлением методом напорного бетонирования, что позволяет получать бетон повышенной плотности, прочности и водонепроницаемости. В нашей стране применяют автобетоноукладчик поршне­вого типа БСГ1-25 производительностью 1—2 м3/’ч при глубине бе­тонирования до 20 м. Вытесненный бетонной смесью глинистый раствор по лоткам или трубам направляют в отстойник и после очистки подают на соседние участки траншеи. После бетонирова­ния верхний слой бетона толщиной 30—40 см, загрязненный шла­мом и глинистым раствором, удаляют.

Отдельные участки траншейных стен, бетонируемые в разных захватках, должны быть сопряжены один с другим. Сопряжения могут быть жесткими или податливыми в зависимости от конст­руктивных особенностей подземного сооружения. Чаще всего их устраивают с применением специальных разделительных элемен­тов— ограничителей, которые до бетонирования устанавливают по торцам участка траншеи и заглубляют в грунт. Помимо обес­печения совместной работы соседних участков стен ограничители должны предотвращать попадание бетонной смеси из одного участ­ка траншеи в другой и гарантировать водонепроницаемость стыков.

Ограничители можно извлекать ‘после укладки бетона или ос­тавлять в составе конструкции стен подземного сооружения. При глубине траншеи до 12 м применяют извлекаемые ограничители в виде стальных или железобетонных труб (рис. 3, а), а также балок прямоугольного (рис. 3, б) или эллиптического попе­речного сечения. Чаще всего устраивают цилиндрические стыки, обеспечивающие плавное сопряжение соседних участков стен. Ис­пользуют извлекаемые металлические ограничители замкнутого профиля из швеллеров с накладками из листовой стали, причем для образования полуцилиндрической шпонки к накладке прива­рена половина трубы (рис. 3,в).

Получил распространение вибрационной стык (рис. 3,г), который устраивают следующим образом. Инвентарную стальную трубу с приваренными к ней наружными продольными ребрами и фланцем в нижней части опускают в траншею. После бетонирова­ния участков стен второй очереди трубу отрывают от бетона, ос­тавляя так на некоторое время. После набора бетоном 50—60% проектной прочности в инвентарную разделительную трубу опус­кают бетонопровод, по которому подают жесткую бетонную смесь ма­рок М200—М300 с осадкой конуса 5—6 см. По мере подачи бетонной смеси разделительную трубу извлекают вибропогружателем, а между соседними участками стен образуется плотный стык в ви­де буронабивной сваи.

В качестве неизвлекаемых ограничителей используют железо­бетонные балки прямоугольного поперечного сечения (рис. 3, д) или стальные двутавровые балки высотой, приблизительно рав­ной ширине траншеи (рис. 3, е). Установленные вертикально с шагом 1,2—1,5 м, такие балки являются жесткой арматурой и избавляют от необходимости установки арматурных каркасов. Стыки между участками стен могут быть устроены с применением стальных диафрагм из полосовой стали, приваренных по торцам ар­матурных каркасов (рис. 3,ж).

На строительстве ряда подземных сооружений в Москве Глав- мосинжстроем использовались железобетонные ограничители-пе­ремычки длиной 9, шириной 0,68, толщиной 0,3 м и массой 3,95 т (рис. 3,з). Применяют также ограничители с заделанными в них вертикальными полосами из полихлорвиниловой пленки тол­щиной 2—4 мм и шириной 20—25 см (рис. 3, и). Укрепленные металлическими стержнями диаметром 10—12 мм, та­кие полосы обеспечивают достаточно надежную связь отдельных участков забетонированных стен.

Делаются попытки создания жестких стыков между отдельны­ми участками монолитных стен путем перекрытия соседних арма­турных каркасов. Такие стыки могут работать на сжатие, растя­жение, изгиб и срез и обеспечивают совместную работу смежных участков стены.

Устройство стен подземных сооружений из монолитного желе­зобетона сопряжено с необходимостью выполнения довольно тру­доемких операций. При этом не всегда удается добиться высокого качества конструкций стен и надежного сопряжения соседних участков. Кроме того, скорости возведения траншейных стен срав­нительно невысоки. С целью повышения степени индустриализации строительства с применением технологии «стена в грунте» в пос­ледние годы начали применять сборные железобетонные панели, опуская их в заполненные глинистым раствором траншеи.

Применение технологии «сборная стена в грунте» способствует сокращению объемов земляных работ, уменьшению расхода желе­зобетона, сроков и стоимости строительства. В зависимости от грузоподъемности кранового оборудования применяют тяжелые железобетонные панели толщиной 0,3—0,5 м, длиной до 10—15 ми массой до 20—30 т, стыкуемые только в продольном направлении, и легкие панели массой 5—6 т, объединяемые не только в про­дольном, но и в поперечном направлении по высоте стен. Возмож­но также устройство траншейных стен комбинированной конст­рукции, состоящих из монолитного железобетона в нижней и сборных панелей в верхней части траншеи.

Существуют различные технологические схемы возведения сборных стен в грунте, отличающиеся главным образом способом закрепления стеновых панелей в траншее. В нашей стране раз­работана технология закрепления панелей путем обетонирования зазора между ними и стенками траншей на высоту до 1 м с по­следующей забутовкой цементным раствором (снаружи) и пес­ком (изнутри тоннеля) (рис. 4,а). За рубежом применяют технологию закрепления стеновых панелей медленно твердеющим дементно-бентонитовым раствором (прочность до 5 МПа), на­гнетаемым в пазы между панелями, а также между стенками траншеи и панелями после установки последних, вытесняющим глинистый раствор и выполняющим связующие и стабилизующие функции. В составе медленно твердеющего раствора цемент, бен­тонит, песок и замедлители схватывания.

В ряде случаев траншею вскрывают участками длиной, пре­вышающей ширину двух или трех панелей на 20—25 см (рис. 4, в). В заполненную глинистым раствором траншею нагнетают цементно-глинистый или цементно-песчаный раствор, объем которого определяют как разность объема разработанного участка траншеи и тех двух или трех панелей, которые должны быть установлены. Для подачи цементного раствора в траншею спускают металлическую трубу диаметром 10 см, длина которой на 0,5—1 м меньше глубины траншеи. Сверху закрепляют ворон­ку, а внизу — горизонтальный патрубок с отверстиями. Выходя­щий через отверстия цементно-глинистый раствор, удельный вес которого превышает удельный вес глинистого раствора, вытесняет последний и занимает нижнюю часть траншеи. Далее устанавли­вают две или три панели, полностью вытесняя из траншеи глини­стый раствор. Оставшийся цементный раствор заполняет швы между панелями и все остальные пустоты.

Панели опускают в траншею при помощи кондукторов и шаб­лонов в виде направляющих и опорных рам и соединяют по низу замковыми приспособлениями в виде стержней и клиновых крюков. До набора цементно-бентонитовым раствором определен­ной прочности панели удерживаются на направляющих стенках пионерной траншеи. Наружный зазор между стенками траншеи и панелями заполняют цементно-песчаным раствором, а внутрен­ний зазор забучивают песком, щебнем или гравием (рис. 4, б). В этом случае вертикальные стыки между па­нелями заделывают насухо в процессе разработки грунта между траншейными стенками. Следует отметить, что применение сбор­ных железобетонных панелей позволяет исключить трудоемкие работы по укладке и уплотнению бетонной смеси, повысить темпы строительства при высоком качестве подземных конструк­ций. Однако при этом возникают определенные трудности, каса­ющиеся плотного примыкания панелей, тщательного заполнения всех пустот и т. п.

По окончании возведения траншейных стен производят геоде­зическую съемку расположения оси стены, определяют размеры последней и составляют исполнительную схему. Иногда контро­лируют качество монолитных стен в грунте ультразвуковым методом. При разработке грунтового ядра измеряют отклонения стен от вертикали и по высоте. Тангенс угла наклона вертикаль­ной оси стены от проектного положения не должен быть более 0,01. Отклонения в толщинах не должны превышать для монолитных стен +50 или —20 мм, а для сборных стен ±20 мм. Максимально допустимые отклонения по высоте стен составля­ют ±50 мм.

После устройства траншейных стен до низа будущего пере­крытия подземного сооружения вскрывают котлован с откосами или с временным креплением стен сваями или шпунтом. Дно котлована выравнивают по отметкам и покрывают слоем гравия, щебня или бетона. После этого во многих случаях по верху стен или буронабивных свай бетонируют продольные балки об­вязки, на которые затем опирают перекрытие подземного соору­жения.

Конструкцию перекрытия из монолитного железобетона часто бетонируют непосредственно на грунте, а сборные перекрытия монтируют колесными или гусеничными кранами. Готовое пере­крытие покрывают гидроизоляцией и засыпают грунтом, восста­навливая дорожную одежду над подземным сооружением. После этого приступают к разработке грунтового ядра. Обычно грунт между траншейными стенами начинают разрабатывать не ранее чем через 2—3 сут после их бетонирования.

Технология земляных работ может быть различной в зависи­мости от вида и размеров подземного сооружения. При строи­тельстве автотранспортных и пешеходных тоннелей разработку грунта производят в один прием со стороны портальных участ­ков (рис. 5). При этом используют малогабаритные экска­ваторы, бульдозеры, породопогрузочные машины и т. п.

При строительстве многоярусных подземных сооружений грун­товое ядро разрабатывают последовательно сверху вниз, выдавая разработанный грунт в бадьях краном через отверстия, остав­ленные в перекрытии.

Междуярусные перекрытия возводят после разработки грун­тового ядра по схеме «снизу—вверх» или по мере разработки — по схеме «сверху—вниз».

В первом случае одновременно с разработкой грунта произ­водят крепление траншейных стен расстрелами или грунтовыми ликерами, так же как при котлованном способе работ (рис. 6,а). После разработки грунта до проектной отмет­ки снизу вверх возводят междуярусные перекрытия, демонтируя пояса и расстрелы. Основным недостатком такой технологии является необходимость дополнительного раскрепления траншей­ных стен.

Более прогрессивной является технология работ по схеме «сверху—вниз». При этом разработку грунта между стенами ведут на высоту каждого яруса подземного сооружения и сразу же возводят междуярусные перекрытия, которые выполняют также роль распорок, обеспечивающих устойчивость траншейных стен (рис. 6,б).

При строительстве многоярусных подземных сооружений по схеме «сверху—вниз» в ряде случаев применяют метод опускания перекрытий. При этом после устройства траншейных стен и сквоз­ных колонн в уровне поверхности земли бетонируют или монти­руют пакет из нескольких блоков перекрытий, временно подве­шивая нижние блоки к верхним. По мере разработки грунтового ядра в пределах каждого яруса подземного сооружения проме­жуточные перекрытия последовательно опускают на проектные от­метки (рис. 6, в). Опускание осуществляется при помощи дом­кратов, причем для пропуска сквозных колонн в блоках перекрытия предусмотрены проемы. После опускания пакета перекрытий на высоту очередного яруса верхний блок закрепляют на стенах и колоннах, а остальные блоки вновь опускают и закрепляют ана­логичным образом.