Ограждение котлованов

Технические решения по технологии строительства подземных сооружений открытым способом должны быть комплексными и включать технологии крепления котлована, разработки грунта в нем и устройства конструкций сооружения, инженерные мероприятия по защите котлована и подземного сооружения от подземных вод, инженерные мероприятия по обеспечению сохранности близрасположенной существующей застройки, а также обеспечивать выполнение экологических требований по охране окружающей среды.

Обоснование этих технических решений должно обеспечиваться проектными расчетами напряженно-деформированного состояния ограждающих конструкций и вмещающего массива грунтов вместе с примыкающими к котловану зданиями и сооружениями, гидрогеологического режима подземных вод и фильтрационного притока в котлован.
На выбор технологии возводимого открытым способом подземного сооружения решающее значение оказывают следующие факторы:
- габариты подземного сооружения в плане и по глубине;
- месторасположение подземного сооружения (строительство на свободной территории или в условиях тесной существующей застройки);
- инженерно-геологические и гидрогеологические условия участка строительства;
- необходимость соблюдения экологических требований по охране окружающей среды;
- экономические соображения;
- возможности строительной организации.

Выбранная технология возведения подземного сооружения должна обеспечивать непревышение допустимых дополнительных деформаций эксплуатируемых зданий, попадающих в зону влияния нового строительства, с учетом их технического состояния.

Ограждение котлованов по технологии устройства при строительстве подземного сооружения открытым способом должно удовлетворять следующим основным требованиям:
- обеспечивать устойчивость стен котлована в процессе и после полной разработки грунта;
- воспринимать нагрузку от сооружения, если ограждение входит в состав конструкции подземного сооружения;
- обеспечивать водонепроницаемость, если невозможно или экономически нецелесообразно водопонижение;
- крепление не должно загромождать котлован, мешать выемке и обратной засыпке грунта и монтажу основных конструкций;
- обеспечивать сокращение материалоемкости, трудоемкости и сроков строительства;
- обеспечивать сохранность эксплуатируемых наземных и подземных объектов, попадающих в зону влияния строящегося подземного сооружения.

Ограждение котлованов. Реализация

Рассмотрим два реализованных объекта с применением специальных технологий.

Площадка под проектируемое строительство расположена в восточной части города Обнинска, на перекрестке улиц Красных Зорь и Жюлио-Кюри, между улицей Красных Зорь и железной дорогой Калуга-Москва, в 200 м севернее железнодорожного вокзала.

В геологическом строении площадки принимают участие четвертичные и каменноугольные отложения.

Опасные физико-геологические процессы и явления на период изысканий отсутствуют. Но данная площадка является потенциально подтопляемой, что подтверждается высоким уровнем (0,5-0,8 м) грунтовых вод и наличием слабозаторфованных глин ИГЭ 3.

Ниже приводится описание выделенных инженерно-геологических элементов (ИГЭ).

С поверхности развиты насыпные грунты.

ИГЭ 1 - глины тугопластичные с прослоями суглинков, с редким включением гравия, с гнездами и прослоями песка.Мощность – 0,9 – 3,5 м.

ИГЭ 2 – пески мелкие водонасыщенные с линзами пылеватых, с прослоями суглинков и супесей. Мощность – 0,5-6,6 м.

ИГЭ 2а – пески гравелистые, водонасыщенные среднеплотного сложения. Мощность – 1,7 м.

ИГЭ 3 – глины мягкопластичные, слабозаторфованные. Мощность – 1,7 – 1,9 м.

ИГЭ 4 – глины тугопластичные с прослоями полутвердых. Мощность – 3,5 – 11,0 м.

ИГЭ 5 – дресвяно-щебенистый грунт: щебень и дресва известняка с глинистым заполнителем до 30 %. Мощность – 0,9-1,4 м.

ИГЭ 6 – известняки серые, крепкие, трещиноватые. Вскрытая мощность – 2-2,4 м.

Грунтовые воды на момент проведения изысканий вскрыты повсеместно с глубин 0,5-0,8 м и приурочены к насыпным грунтам, пескам ИГЭ2 и 2а и гнездам и прослоям песка в глинах ИГЭ1.

На стадии ТЭО рассматривались варианты ограждения котлована: по технологии «стена в грунте», шпунтового ограждения из труб с забиркой из досок и ограждение котлована по технологии струйной цементации грунтов. Вариант «стены в грунте» исключили из-за высокой стоимости работ и больших сроков строительства «стены в грунте», шпунтовое ограждение из труб было самым экономичным способом ограждения котлована, но не обеспечивало противофильтрационной завесы, поэтому был выбран способ ограждения котлована из грунтобетонных свай.

Рабочим проектом было предусмотрено устройство ограждения котлована глубиной 5 м из грунтобетонных секущих свай ССТ диам. 600 мм, с шагом 400 мм, которые доводились до слоя тугопластичных глин (ИГЭ-4) и являлись противофильтрационной завесой, крепление стен котлована обеспечивалось анкерными сваями ССТ диам. 600 мм длиной 6 м, с шагом 2,5 м и заделкой голов свай в металлический обвязочный пояс.

Грунтобетонные сваи ССТ выполнялись по технологии струйной цементации грунтов «Jet-1». Сваи армировались трубами диам. 89х6 мм. Вдоль оси А на расстоянии 4.30 м от внутренней кромки котлована проходил газопровод диам. 200мм высокого давления. В непосредственной близости от кромки котлована находилась насыпь железной дороги направления Калуга-Москва.
Второй рассматриваемый объект находился в ЦАО г. Москвы по Озерковской набережной.

Строительная площадка в плане представляла прямоугольник 20 х 30 м. Условия строительства были осложнены стесненностью строительной площадки:

1. Здание вплотную примыкает к двум существующим строениям и единым с ним фасадом выходит на Озерковскую набережную, насыщенную подземными коммуникациями:

- первое здание постройки 1904 г., трехэтажное с подвалом, каменное, с кирпичными стенами и деревянными перекрытиями. Фундаменты – ленточные каменные (кирпичная и бутовая кладка) на основании из слежавшегося насыпного грунта. По результатам обследования деформации здания отсутствуют. Категория технического состояния II (удовлетворительное).

- второе здание административное и историческое (возраст более 100 лет). Здание каменное трехэтажное с подвалом под частью здания и мансардой, с кирпичными стенами и монолитными железобетонными перекрытиями. Фундаменты – ленточные каменные (кирпичная кладка) и бетонные (конструкция усиления фундаментов), основание - пески средней крупности и средней плотности. В 2005 году выполнена реконструкция здания с усилением фундаментов и надстройкой мансардного этажа. В настоящее время деформации здания отсутствуют. Категория технического состояния II (удовлетворительное).

В непосредственной близости от контура проектируемого котлована будет проложена теплотрасса 2 диам. 57 мм в канале 780х470мм.

На стадии ТЭО рассматривались различные технологии ограждения котлована: из буронабивных секущих свай, устройство шпунта из труб с забиркой из досок и ограждение котлована по технологии струйной цементации грунтов. Вариант «стены в грунте» из буросекущих свай исключили из-за высокой стоимости работ, стесненности площадки и высокой энергоемкости, шпунтовое ограждение из труб было одним из самых экономичных, но не обеспечивало противофильтрационной завесы, поэтому был выбран способ ограждения котлована из грунтобетонных свай.

Инженерно-геологический разрез (сверху-вниз):

ИГЭ-1. Насыпной грунт: песок и суглинок со щебнем и строительным мусором до 25%. Мощность – 2.8-4.2м.
ИГЭ-2. Песок средней крупности. Мощность – 3.7-5.8м.

ИГЭ-3. Песок гравелистый. Мощность – 1.9-2.7м.

ИГЭ-4. Супесь пластичная. Мощность – 1.5-2.8м.

ИГЭ-5. Песок пылеватый. Вскрытая мощность – 0.8-2.7м.

Подземные воды до изученной глубины 40.0 м представлены 2-мя водоносными горизонтами.

Первый от поверхности горизонт подземных безнапорных вод вскрыт на глубине 5.6-9.0 м на абсолютных отметках 115.0-117.70 и приурочен к аллювиальным отложениям.

Второй горизонт подземных безнапорных вод сформирован в известняках, вскрыт на глубине 35.4-37.2 м. Установившиеся уровни зафиксированы на глубине 31.4-25.8 м, величина напора составляет 11.2-15.2 м.

Площадка является потенциально-опасной для строительства по активности проявления карстово-суффозионных процессов.
В качестве ограждающей конструкции подземной части здания была принята стенка из секущих вертикальных грунтобетонных свай диам. 750мм. Устойчивость стенки обеспечивается распорной конструкцией. Заделка стенки - не менее 4-х метров ниже дна котлована. Глубина котлована составляла – 7,8 м.

На участках примыкания к существующим зданиям дополнительно устраивается защитная стенка из наклонных грунтобетонных свай 750мм с заглублением на 2,9 м ниже дна котлована.

Грунтобетонные сваи ограждения армировались металлическими трубами диам. 114х10мм, а защитная стенка из наклонных свай трубами диам. 89х6.5мм.

Головы свай объединялись обвязочной монолитной железобетонной балкой. Распорная конструкция устраивается после откопки 1-ой очереди котлована.

Распорная конструкция включала железобетонную распределительную балку и горизонтальные распоры из металлических труб диам. 480х8мм и диам. 299х8мм.

В процессе устройства ограждения котлована велся мониторинг за деформациями фундаментов и состоянием несущих конструкций домов примыкающих к котловану.

Контроль качества строительно-монтажных работ включал:

- проверку качества исходных материалов;

- операционный контроль качества рабочих закрепляющих растворов.

- контроль исполнения при производстве работ заложенных в проекте расчетных параметров струйной цементации и заданных им технических условий.

- контроль прочностных характеристик грунтобетона по отобранным образцам.

В процессе разработки грунта ограждение котлована обеспечило устойчивость бортов котлована, что подтвердило правильность проектных решений. В первом случае крепление стен котлована обеспечивалось анкерными сваями без сооружения поперечных распоров, что в последующем значительно облегчило выполнение бетонных работ, во втором случае технология струйной цементации позволила произвести работы в стесненных условиях и обеспечить защиту от подтопления котлована.

В обоих случаях выбранная технология ограждения котлована была оптимальной для данных инженерно-геологических условий и определялась условиями строительной площадки.