книги / Реконструкция подземного пространства

ЛИУ отличаются мобильностью, возможностью быстрого погружения иглофильтров в грунт в собранном виде, простотой и надежностью эксплуата­ ции. Их применение наиболее эффективно в крупных, средних и мелких пес­ ках. Эжекторные иглофильтры, как более мощные, применяют в пылеватых пес­ ках и супесях с коэффициентом фильтрации более 0,1 м/сут.

При осуществлении водопонижения в грунтах, имеющих коэффициент фильтрации меньше 0,1 м/сут, используют специальные методы водопони­

кие суглинки, илы, лессы) с коэффициентом фильтрации не ниже 0,01 м/сут при требуемом понижении уровня подземных вод до 20 м. Вакуумные сква­ жины отличаются от открытых водопонизительных скважин тем, что их устья герметизируются и из них откачиваются вода и воздух.

Электроосушение (электроосмотическое водопонижение) применяют в глинистых грунтах с низкой водоотдачей. Способ электроосушения основан на свойстве передвижения воды в глинистых грунтах под действием посто­ янного тока (электроосмос). Для электроосушения по периметру котлована вдоль его бровки забивают стальные стержни из арматуры или труб. Затем на расстоянии 1,5...2 м от бровки котлована погружают иглофильтры, распола­ гая их в шахматном порядке относительно стержней (рис.4.21).

Рис.4.21. Схема электроосмотического водопонижения: 1 - игло­ фильтр-катод; 2 - стержень-анод; 3 - коллектор; 4 - депрессионная кривая

Стержни подключают к положительному полюсу источника постоян­ ного тока с напряжением 30-60 В, а иглофильтры (через коллектор) - к отри­ цательному. Под воздействием пропускаемого тока, перемещаясь от анода к катоду, грунтовая вода поступает в иглофильтр и откачивается всасывающим насосом. Практика показала, что на 1 м3 осушенного грунта расходуется от 5 до 40 кВт-ч электроэнергии.

Применение электроосушения требует соблюдения соответствующих правил техники безопасности.

4.11. Дренаж территорий

Осушение грунтов дренированием является одной из наиболее важных задач в комплексе водозащитных мероприятий.

Дренаж - это система дрен и фильтров, предназначенная для перехва­ та, сбора и отвода от сооружения подземных вод. Попавшие в дренажную систему грунтовые воды самотеком направляются к водоотводящим коллек­ торам или водосборникам насосных станций. Дренажи могут устраиваться как для одного здания или сооружения (кольцевой дренаж), так и для их ком­ плекса в период инженерной подготовки территории (систематический дренаж), что более экономично, так как в этом случае дренажная сеть полу­ чается менее протяженной.

В современной практике строительства находят применение следую­ щие виды дренажей: траншейные, закрытые беструбчатые, трубчатые и пла­ стовые.

Траншейные дренажи (открытые траншеи и канавы) применяют для осушения территорий, предназначенных под застройку. Являясь эффектив­ ным средством водопонижения, они в то же время занимают большие пло­ щади, осложняют устройство транспортных коммуникаций и требуют суще­ ственных эксплуатационных затрат для поддержания их в рабочем состоя­ нии.

Закрытый беструбчатый дренаж представляет собой траншею, запол­ ненную фильтрующим материалом (гравий, щебень, камень и др.) от дна до уровня подземных вод (рис.4.22,а). Этот тип дренажа предназначен в основ­ ном для сравнительно недолговременной эксплуатации, например, на период производства работ по устройству фундаментов.

Трубчатый дренаж является наиболее распространенным и представ­ ляет собой дырчатую трубу с обсыпкой песчано-гравийной смесью или с фильтровым покрытием из волокнистого материала (рис.4.22,б). Для устрой­ ства трубчатых дренажей в агрессивной среде применяют керамические или чугунные трубы, при неагрессивной среде можно также использовать трубы из асбестоцёмента, бетона, железобетона и т. д. Дренажные трубы укладыва­ ют с минимальным уклоном 0,005 при их диаметре до 150 мм и с уклоном 0,003 при диаметре 200 мм и выше.

Дренаоюные галереи (галерейный дренаж) применяют только в наибо­ лее ответственных случаях, например, для особо надежной долговременной эксплуатации, в процессе которой переустройство дренажа в случае выхода его из строя будет невозможным. В дренажной галерее устраивают бетонный лоток (рис.4.22, г) или водоотводную канавку, высоту галереи принимают не менее 1,3 м, а уклон в сторону выпуска должен составлять не менее 0,003.

Рис.4.23. Пластовый дренаж: 1 - уровень подземных вод; 2 - защи­ щаемое заглубленное помещение; 3 - пристенный дренаж; 4 - пес­ чаный слой; 5 - защитное покрытие щебеночного слоя; 6 - песчаиогравийный или щебеночный слой; 7 - труба

Пристенный (сопутствующий) дренаж представляет собой вертикаль­ ный слой из проницаемого материала, устраивается с наружной стороны фундамента и заглубляется ниже его подошвы. Соединение пластового дре­ нажа с пристенным в зданиях с ленточными фундаментами осуществляется с помощью труб, а с отдельными фунаментами - через дренажные прослойки. При неглубоком залегании водоупора и слоистом основании иногда доста­ точно устройства только одного пристенного дренажа.

Отметим, что дренаж, полностью прорезающий водоносный слой и до­ ходящий до водоупора, называется дренажем совершенного типа, а проре­ зающий этот слой частично - дренажем несовершенного типа.

Воды, собираемые и откачиваемые водопонижающими установками или дренажными системами, должны быть максимально использованы в на­ родном хозяйстве. Неиспользованная часть воды отводится и сбрасывается в водоемы, дождевую канализацию или другие отведенные для сбросов места, где предусматриваются специальные защитные меры против размыва грун­ тов.

5. РА С Ч Е Т П О Д ЗЕ М Н Ы Х С О О Р У Ж Е Н И Й

При проектировании подземных и заглубленных сооружений следует учитывать уровень их ответственности согласно ГОСТ 27751-88 путем вве­ дения коэффициента надежности по ответственности уп.

Коэффициенты надежности по ответственности уп подземных и заглуб­ ленных сооружений следует принимать равными:

- для I уровня ответственности - 1,0 (для уникальных сооружений -

1,2);

-для II уровня ответственности - 0,95;

-для III уровня ответственности - 0,9 (для временных сооружений -

0, 8).

На коэффициент надежности по ответственности следует умножать в расчетах нагрузочный эффект (внутренние силы и деформации конструкций и оснований, вызываемые нагрузками и воздействиями).

Классификацию подземных и заглубленных сооружений, а также зда­ ний и сооружений, на которые может оказывать влияние подземное строи­ тельство, по уровням ответственности следует принимать в соответствии с указания ГОСТ 27751-88.

Вслучае, если влияние проектируемого подземного или заглуб­

ленного ружения оказывается на здания и сооружения более высокого уровня о*, гственности, уровень ответственности проектируемого сооруже­ ния должен быть повышен до уровня ответственности сооружения, на кото­ рое оказывается влияние.

5.1. Нагрузки на подземные сооружения

Нагрузки и воздействия на основание и конструкции подземных и за­ глубленных сооружений должны устанавливаться расчетом, исходя из со­ вместной работы конструкций сооружения и основания.

При проектировании следует учитывать нагрузки и воздействия, воз­ никающие на всех стадиях возведения и эксплуатации подземного сооруже­ ния.

Кпостоянным нагрузкам, учитываемым при проектировании, относят­ ся: вес строительных конструкций подземного сооружения и надземных зда­ ний или сооружений, опирающихся на него или передающих нагрузку через грунт; давление грунтового массива, вмещающего сооружение, и подземных вод при установившейся фильтрации; усилия натяжения постоянных анке­ ров, распорные усилия и пр.

Квременным длительным нагрузкам и воздействиям относятся: вес стационарного оборудования подземных сооружений и другие полезные на­ грузки; давление жидкостей и газов в резервуарах и трубопроводах; давление подземных вод при неустановившемся режиме фильтрации; нагрузки от складируемых на поверхности грунта материалов; температурные техноло­ гические воздействия; усилия натяжения временных анкеров; нагрузки, обу­ словленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов и пр.

Ккратковременным нагрузкам и воздействиям относятся: дополни­ тельное давление грунтов, вызванное подвижными нагрузками, расположен­ ными на поверхности грунта; температурные климатические воздействия и пр.

Кособым нагрузкам и воздействиям относятся: сейсмические воздей­ ствия; динамические воздействия от эксплуатируемых линий метрополитена,

транспортных сооружений или промышленных объектов; взрывные воздей­ ствия; воздействия, обусловленные деформациями основания при набухании

иморозном пучении грунтов и др.

Восновные сочетания включают постоянные длительные и кратковре­ менные нагрузки.

Вособые сочетания, кроме постоянных, длительных и кратковремен­ ных нагрузок включают одну из особых нагрузок.

Включенные в сочетания временные нагрузки умножают на коэффици­ ент сочетаний у < 1 , численные значения которого зависят от количества временных нагрузок, действующих одновременно.

Коэффициенты надежности по нагрузке у/ при расчете по первой груп­ пе предельных состояний должны приниматься по табл.5.1, а при расчете по второй группе - равными единице.

Значения характеристик грунтов природного (ненарушенного) сложе­ ния следует устанавливать, как правило, на основе их непосредственного ис­ пытания в полевых или лабораторных условиях и статистической обработки результатов испытаний по ГОСТ 20522-75.

Значения характеристик грунтов:

СОСТОЯНИЙ - Уь Фь И Сь

- то же, по второй группе предельных состояний - уп, фи и си.

При отсутствии непосредственных испытаний грунта допускается при­ нимать нормативные значения удельного сцепления с, угла внутреннего тре­ ния ср и модуля деформации Е по табл. 1-3 прил.З, а нормативные значения удельного веса грунта У равными 18 кН/м3 (1,8 тс/м3).

Расчетные значения характеристик грунта ненарушенного сложения в этом случае принимаются следующими:

7, =1,057"; 7„ =7"; <р, =фп7ф; ф„ =фп; с, = с71,5; с„ = сп,

где Уф - коэффициент надежности по грунту, принимается равным 1,1 для песчаных и 1,15 для пылевато-глинистых грунтов.

Значения характеристик грунтов засыпки (У, ф' и с'), уплотненных со­ гласно нормативным документам с коэффициентом уплотнения ку не менее 0,95 от их плотности в природном сложении, допускается устанавливать по характеристикам тех же грунтов в природном залегании. Соотношения меж­ ду характеристиками грунтов засыпки и грунтов природного сложения при­ нимаются следующие:

Ун= 0,95уг, фГ1 = 0,9фь с \ = 0,5сь но не более 7 кПа (0,7 тс/м2);

Ун=0,95уц; ф'п=0,9фи; с'ц=0,5с'п, но не более 10 кПа (1 тс/м2).

Для сооружений с глубиной заложения 3 м и менее предельные значе­ ния удельного сцепления грунта засыпки с\ следует принимать не более 5 кПа (0,5 тс/м2), а с'ц - не более 7 кПа (0,7 тс/м2). Для сооружений высотой менее 1,5 м с \ следует принимать равным нулю.

5.2. Вертикальная нагрузка

Если минимальный горизонтальный размер подземного сооружения b (ширина) равен или превышает толщину слоя грунта над кровлей h

(рис.5. Г,а), то вертикальное давление на кровлю сооружения равно полному весу столба грунта над сооружением:

где у - удельный вес (с учетом взвешивающего действия поды); А,- - мощ­ ность слоев грунта над кровлей; q - равномерно распределенная нагрузка на поверхности.

Если b/h < 1 и сооружение возведено открытым способом, то верти­ кальное давление засыпки существенно зависит от формы и раз?' : ров котло­

превышает ширину сооружения, то оседание засыпки может вызвать зависа­ ние окружающего грунта на столбе грунта над сооружением и вызвать уве­ личение нагрузок (рис.5.1,в). Давление на кровлю сооружения определяется формулой

где у - удельный вес; h - высота засыпки над сооружением.

Рис.5Л. Схемы к определению вертикального давления грунта

Величина коэффициента к определяется по графикам проф. Клейна (рис.5.2). Для траншеи величину к можно определить по формуле

сыпки; h, b - глубина и ширина траншеи выше кровли сооружения; / » tg(p/ 2 - коэффициент трения грунта о стенки траншеи.

ких песком и мягкопластичных глин; 5 - для средних песков и пластичных глин; 6 - для крупных песков и твердых глин; 7 - для скальных и полу скальных пород

Давление грунта на обделку выработок, пройденных подземным спо­ собом (при Ь/h « 1), называется горным давлением и рассчитывается специ­ альными методами, рассматриваемыми ниже.

Нагрузка на днище сооружения со стороны грунта принимается равно­ мерно распределенной и равной в сумме полному давлению грунта на кров­ лю плюс вес самого сооружения.

5.3. Горизонтальная нагрузка

Горизонтальное давление грунта на неподвижную или податливую преграду называется активным давлением оад.

Горизонтальное давление (отпор) грунта на поверхность сооружения, смещающуюся в сторону грунта, называется пассивным давлением а пр.

Интенсивность горизонтального активного давления грунта от собст­ венного веса Ру, на глубине у (рис.5.3,а) следует определять по формуле

где К\ - коэффициент, учитывающий сцепление грунта по плоскости сколь­ жения призмы обрушения, наклоненной под углом 0Ок вертикали; К2- то же,

где 8 - угол наклона расчетной плоскости к вертикали; р —то же, поверхно­ сти засыпки- к горизонту; 0ь - то же;, плоскости скольжения- к вертикали; X - коэффициент горизонтального давления1грунта. При отсутствии сцепления грунта по стене К2 = 0'.

Рйс.5-.31 Схемадавления. грунта: а); от собственного веса и давления воды; б) от сплошной равномерно? распределенной: нагрузки:;, в): от фиксированной нагрузки;: г):от полосовой нагрузки

Коэффициент горизонтального; давления: грунта определяется по фор"

муле