Современные методы устройства котлованов
Содержание: 1. Способы устройства подземных сооружений 2. Виды ограждающих конструкций котлованов 2. 1. Конструкция из вертикальных стальных элементов 2. 2. Шпунтовые ограждения 2. 3. Стена в грунте 2. 4. Ограждения из буросекущихся свай 2. 5. Cтруйная технология (jet-grouting) 3. Способы и технологии крепления ограждений котлованов 3. 1. Крепление ограждающей конструкции грунтовыми анкерами 3. 2. Нагельное крепление ограждений котлованов 3. 3. Распорная система из металлических элементов 4. Методы строительства подземных и заглубленных сооружений. 4. 1 «Островной» метод строительства 4. 2. Технология «top-down» (сверху-вниз). 4. 3. Технология «semy-top-down» 4. 4. Устройство ограждений с контрфорсами. 5. Выводы
1. Способы устройства подземных сооружений: Закрытый способ (строятся преимущественно линейные сооружения глубокого заложения: тоннели, коллекторы различного назначения, наклонные ходы метрополитена) (а) Полуоткрытый способ Метод опускного колодца Открытый способ (строительство может осуществляться как в котлованах без крепления, так и в котлованах, подкрепленных ограждающими конструкциями) (б) Рис. 1 Схема строительства в котловане с откосами (а) и с ограждением (б). Рис. 2 Погружение сборномонолитного опускного колодца.
2. Виды ограждающих конструкций котлованов 2. 1. Конструкция из вертикальных стальных элементов а) б) Рис. 3 Ограждение котлована из стальных элементов с забиркой. - конструкция не является водонепроницаемой - обладает большей деформативностью и меньшей прочностью, по сравнению с другими типами ограждения котлованов
2. 2. Шпунтовые ограждения По конфигурации различают 5 основных типов шпунтового ограждения: а) • Z образной формы (соответственно в маркировке буква Z); (Рис. 4 а, б, в) • U образной формы; (Рис. 4 г) • Плоской конфигурации; (Рис. 4 д) • Комбинированной конфигурации; (Рис. 4 е) • Комбинированной - коробчатой конфигурации (шпунтовые сваи) (Рис. 5) б) в) г) Рис. 5 д) е) Рис. 4
Рис. 6 Угловые элементы Arcelor Для выполнения ограждения сложной формы в плане, существует серия специальных угловых соединительных элементов, которые позволяют проектировать ограждение практически любой формы. Шпунтовое ограждение: + воспринимает не только давление грунта, но гидростатическое давление + одновременно является противофильтрационной завесой + обладает высокой жесткостью - сложность погружения в гравелистых, скальных и полускальных грунтах - вибрационное погружение шпунта может привести к развитию значительных деформаций - высокая стоимость Основные функции ограждения котлована: • воспринимать боковое давление грунта • являться противофильтрационной завесой • воспринимать гидростатическое давление подземных вод • воспринимать вертикальные нагрузки (при необходимости) • минимизировать влияние котлована на окружающую застройку Рис. 7
2. 3. Стена в грунте Преимущества: + воспринимает боковое давление грунта + является противофильтрационной завесой + воспринимает гидростатическое давление подземных вод + способно воспринимать вертикальные нагрузки Рис. 9 Монолитная «стена в грунте» Турецкого торгового центра в Замоскворечьи Ограничения и недостатки: - в техногенных отложениях и макропористых грунтах возможен уход бентонитового раствора в полости - возможно проникновение глинистой суспензии в инженерные коммуникации при их близком расположении. Последовательность устройства «стены в грунте»
2. 4. Ограждения из буросекущихся свай Плюсы и минусы: + позволяет создавать ограждение котлована сложной формы + высокая прочность и жесткость свай + позволяет разрабатывать котлованы глубиной до 2025 м - худшая гидроизоляцию, чем у траншейных «стен в грунте» - высокую стоимость - при устройстве ограждения в неустойчивых водонасыщенных грунтах следует опасаться возможных прорывов грунтовой массы в котлован через дефектные стыки. Применяемые на практике варианты планового расположения свай в составе ограждений котлованов
2. 5. Cтруйная технология (jet-grouting) Суть технологии заключается в перемешивании грунта с цементным раствором или в полном замещении грунта раствором с помощью высоконапорной струи. Рис. 11 Различные способы армирования jetсвай Ограждение котлованов, выполненное с применением струйной технологии
Выводы по разделу: 1. В условиях отсутствиях окружающей застройки, при глубоком залегании уровня подземных вод, строительство подземных сооружений может осуществляться открытым способом в котлованах без крепления, борта которых сформированы под углам естественного откоса грунта. При наличии водоносного горизонта в пределах глубины котлована необходимо использование строительного водопонижения. 2. Ограждение котлована из стальных элементов с забиркой не рекомендуется применять при наличии в основании водонасыщенных структурно-неустойчивый грунтов. 3. В условиях слабых водонасыщенных грунтов при высоком уровне подземных вод широко используется шпунтовое ограждение котлованов которое воспринимает гидростатическое давление подземных вод и является противофильтрационной завесой. 4. Наиболее универсальной конструкцией используемой для ограждения и защиты от подземных вод является «стена в грунте» . Конструкция способна воспринимать вертикальные нагрузки, жесткость такой конструкции до 5 и более раз выше жесткости шпунтового ограждения.
3. Способы и технологии крепления ограждений котлованов 3. 1. Крепление ограждающей конструкции грунтовыми анкерами Анкера - устройства, позволяющие передавать на грунтовый массив выдергивающие усилия. Схема строительства в котловане с ограждением. преимущества анкерного крепления: + удобство организации работ + возможность несимметричной экскавации котлована + экономичность для котлованов значительной площади Рис. 14 Конструкция бурового инъекционного грунтового анкера ограничения и недостатки: - нецелесообразно применение анкеров в слабых грунтах - сложно обеспечить гидроизоляцию при расположении оголовков анкеров ниже уровня подземных вод - устройство анкеров не всегда возможно из-за близкого расположения инженерных коммуникаций и фундаментов соседних зданий - выполнение анкеров под существующими фундаментами вызывает их дополнительные деформации - необходимость выполнения инженерно-геологических изысканий вне границ площадки застройки, что не всегда возможно.
3. 2. Нагельное крепление ограждений котлованов - стержневые или трубчатые элементы, погружаемые в грунт по мере разработки котлована, армирующие грунтовый массив и воспринимающие выдергивающее усилие. 3. 3. Распорная система из металлических элементов Рис. 15 Временная распорная система из металлических элементов Шаг установки распорных элементов в плане, находится в диапазоне от 4 до 8 м. В глубоких котлованах распорные системы устанавливаются в несколько ярусов. Так как распорки передают на ограждение значительные сосредоточенные нагрузки, устройство металлических или железобетонных распределительных поясов является обязательным. При необходимости устройства распорных систем более 20 метров, обычно выполняют временные промежуточные опоры стойки, снижающие свободную длину распорок. Рис. 14 Пример нагельного крепления котлована
3. 4. Комбинированные удерживающие системы ограждения котлованов Включают в себя элементы анкерного и распорного крепления. Комбинированные удерживающие системы.
Мировая практика использования распорных систем В странах восточной Азии получили распространение системы сборных металлических распорных элементов многократного применения с заменяемыми концевыми частями Использование преднапрягаемых элементов позволяет снижать перемещения ограждения котлована и контролировать величины усилий в распорках. (а) Распорное крепление из инвентарных элементов (а) и конструкция преднапрягающего домкрата (б)
В Китае и США получили распространение распорные системы в виде ферм. Конструкции горизонтальных железобетонных ферм после завершения разработки котлована могут быть включены в состав ребристых перекрытий подземных этажей сооружения. Вертикальные распорные фермы из металлических элементов используются для перекрытия больших пролетов и обеспечения возможности расположить на распорной системе строительное и технологическое оборудование, а также складировать материалы в процессе возведения подземной части здания. Рис. 17 Распорное крепление котлованов с помощью горизонтальных (а) и вертикальных (б) ферм.
Выводы по разделу: 1. Наиболее предпочтительным с точки зрения экскавации грунта и организации работ является анкерное крепление ограждающих конструкций. Однако устройство анкеров не всегда возможно при близком расположении инженерных коммуникаций и фундаментов соседних зданий. Применение анкерного крепления не является целесообразным в слабых грунтах. 2. В условиях глубокого залегания подземных вод и в грунтах с хорошими свойствами возможно применение нагельного крепления. 3. В котлованах сложной и неправильной формы рекомендуется применение комбинированных ограждений, включающих в себя как элементы анкерного, так и распорного крепления
4. Методы строительства подземных и заглубленных сооружений. 4. 1 «Островной» метод строительства Экскавация котлована выполняется в две стадии: На первой стадии разрабатывается центральная часть котлована до проектной отметки, по периметру оставляются грунтовые целики - бермы, удерживающие подпорную конструкцию. В центральной части котлована возводятся фундаментные конструкции, возможно совместно с каркасом подземной части. На втором этапе осуществляется разработка грунтовых берм с устройством наклонных подкосов в фундаментную конструкцию (рис. а) или распорок, упираемых в перекрытия каркаса центральной части сооружения (рис. б). «Островной» метод строительства под защитой берм.
4. 2. Технология «top-down» (сверху-вниз) Данный способ предполагает: • устройство с поверхности земли или с промежуточных отметок в котловане временных или постоянных опор внутри контура сооружения, поддерживающих перекрытий подземной части здания • бетонирование перекрытий подземной части здания, воспринимающих распор от ограждения котлована. • экскавация грунта в котловане из-под перекрытий через технологические проемы • нижележащие перекрытия бетонируются последовательно по мере удаления грунта. Строительство подземного сооружения по технологии «topdown» .
4. 3. Технология «semy-top-down» Это комбинированный метод разработки грунта, в котором возведение конструкций подземной части по периметру котлована выполняется способом «top-down» , а в центральной части – по классической схеме снизу-вверх. При этом крепление ограждения котлована осуществляется за счет пространственной работы периметральных фрагментов дисков подземных перекрытий. (а) Комбинированный способ строительства «semy-top-down» . (б)
4. 4. Устройство ограждений с контрфорсами. Устройство котлована культурновыставочного центра в Монако Конструктивная схема ограждения котлована комплекса культурного назначения в Сингапуре
Выводы: Возможности современных технологий и оборудования предоставляют инженерам и строителям огромный выбор способов устройства подземных и заглубленных сооружений. • В инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга, при залегании в основании водонасыщенных тиксотропных, структурно-неустойчивых грунтов, среди ограждающих конструкций котлованов могут быть рекомендованы: -шпунтовое ограждение -ограждение устраиваемое способом «стена в грунте» -ограждения из буросекущихся свай -возможно применение различных комбинированных ограждений, которые способны воспринимать не только боковое давление грунта но и гидростатическое, а так же являться противофильтрационной завесой. Чтобы снизить усилия возникающие в ограждении и его деформации, а соответственно возможные деформации близлежащих строений, должны использоваться оптимальные способы и методы организации ограждения котлована.
Список литературы: 1. «Ограждающие конструкции котлованов, методы строительства подземных и заглубленных сооружений» , В. П. Петрухин, И. В. Колыбин, Д. Е. Разводовский (НИИОСП) 2. МГСН 2. 07 -01. Основания, фундаменты и подземные сооружения. – М. : Москомархитектура, 2003 - 108 с. 3. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика. – М. : Стройиздат, 1985 – 478 с. 4. Драновский А. Н. , Фадеев А. Б. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве. – Издательство Казанского университета, 1993 – 355 с. 5. Колыбин И. В. Подземные сооружения и котлованы в городских условиях – опыт последнего десятилетия. – М. : Российская геотехника – шаг в ХХI век. Труды юбилейной конференции, посвященной 50 -тилетию РОМГГи. Ф, 2007, на CD диске – 34 с. 6. Конюхов Д. С. Строительство городских подземных сооружений мелкого заложения. – М. : Архитектура, 2005 - 298 с. 7. Смородинов М. И. , Федоров Б. С. Устройство фундаментов и конструкций способом «стена в грунте» . – М. : Стройиздат, 1986 – 216 с. 8. Chang-Yu Ou. Deep Excavations. Theory and Practice. – London, Taylor & Francis, 2006 – 532 p.
Скачать презентацию Современные методы устройства котлованов Содержание 1 Способы
2. Современные методы устройства котлованов 97-2003.ppt