книги / Реконструкция подземного пространства

выставке в Париже в 1900 г. золотую медаль. Впервые металлические кессо­ ны были разработаны и применены в России, были значительно усовершен­ ствованы каменные кессоны.

Впервые в бывшем Советском Союзе начали широко применять гид­ ромеханизацию при разработке и гидротранспортировке грунта (Красно­ холмский и Ново-Усгышьскис мосты в Москве в 1937 г., Наводницкий и Дарницкий мосты через р. Днепр в Киеве). Управление этими работами осу­ ществлялось без пребывания людей в рабочей камере кессона.

Кессоны, применявшиеся как один из наиболее эффективных способов устройства фундаментов глубокого заложения, использовали также и для устройства подземных и заглубленных помещений (тоннель под р.Шпрее с размерами в плане 52,9x7,5 м и глубиной 10,9 м, насосная станция с водоза­ бором на р. Волге диаметром 23 м и глубиной 25 м, установка непрерывной 1'з.:ливкп стали в г.Нижнем Новгороде и др.). В настоящее время кессоны

вменяют редко из-за необходимости работы под сжатым воздухом, больioiI трудоемкости, наличия других, более прогрессивных способов.

Способ «стена в грунте» получил распространение в последние 3035 лег для устройства стен подземных помещений, противофильтрационных диафрагм и фундаментов.

Впервые способом «стена в грунте» была построена в 1940-1943 гг. противофильтрационная завеса плотины гидроузла Хэле Бэр на р.Теннеси (США). Завеса длиной 220 м и глубиной 47 м была выполнена способом «се­ кущихся свай», являющимся одной из разновидностей способа «стена в грун­ те».

В последующие годы этот способ непрерывно совершенствуется, его область применения расширяется, создаются все новые специальные машины

имеханизмы, позволяющие практически полностью превратить разработку узких и глубоких траншей под глинистым раствором, являющуюся ведущим технологическим процессом способа «стена в грунте», в высокопроизводи­ тельную машинную технологию с программным управлением. Если в начале развития способа основным рабочим механизмом экскаваторов были ковши обратных лопат и плоские навесные грейферы, а позже гидравлические грейферы, с помощью которых разрабатывались траншеи глубиной от 10 до 30 м, то в современном строительстве траншеи на глубину до 100 м разраба­ тываются с помощью специальных гидрофрез, выполняющих не только по- родо-разрушающие функции, но и гидротранспортировку грунта от забоя до заданного места на поверхности. Значительно усовершенствованы конструк­ ции стен в грунте из монолитного железобетона, созданы новые технологии

иконструкции сборных стен в грунте.

Новые способы строительства, технологии и конструкции возникают, как правило, на базе издавна существующих, но на новой, современной на­ учно-технической основе. Например, армированный грунт применяли для подпорных стен еще в XIX веке, но использовали для армирования деревян­

ные рейки, а для армирования современных конструкций из грунта приме­ няют арматуру из стали или полимеров, используя научную основу, накоп­ ленную за многие годы исследований и совершенствования железобетонных конструкций подземных и заглубленных сооружений.

К сожалению, в настоящее время по курсу «Реконструкция подземного пространства» для специальности 2905 «Городское строительство и хозяйст­ во» отсутствуют учебные пособия, отвечающие в полной мере задачам и це­ лям курса и соответствующие требованиям ГОСа по направлению «Строи­ тельство». Поэтому предлагаемое автором настоящие учебное пособие явля­ ется попыткой систематизировать основные учебные материалы, которые представлены в известных учебниках и учебных пособиях по дисциплинам

1. ПОДЗЕМНЫ Е СООРУЖ ЕНИЯ И УСЛОВИЯ ИХ СТРОИТЕЛЬСТВА

1.1. Типы, классификация, способы возведения

Под подземным сооружением понимают объемную строительную сис­ тему, состоящую из несущих и ограждающих конструкций, предназначенную для использования в градостроительных целях и располагающуюся в цо­ кольном, подвальном или подземном этажах инженерных сооружений.

Подземные сооружения являются составной частью системы обслужи­ вания населения города, повышают ее доходность и рентабельность, обеспе­ чивают концентрацию и кооперирование учреждений и их подразделений под землей, дополняют существующую надземную сеть, увеличивают мощ­ ность отдельных предприятий, повышают качество обслуживания и удобство проживания за счет приближения к потребителю.

На различных этапах градостроительного проектирования определяет­ ся номенклатура типов учреждений, предприятий общественного обслужи­ вания, их подразделений и отдельных помещений, размещение которых до­ пускается в подземном пространстве, включающая в том числе:

-предприятия попутного обслуживания при подземных пешеходных переходах и транспортных узлах;

-предприятия обслуживания городского, районного и местного значе­ ния в подвальных этажах жилых домов;

-предприятия обслуживания в подвальных этажах общественного и иного назначения зданиях и сооружениях;

-подземные предприятия обслуживания, размещаемые на свободных незастроенных территориях;

-предприятия обслуживания на вторых подземных уровнях;

-предприятия обслуживания, размещаемые в горных выработках и

т.д.

Подземные сооружения разделяются по назначению, функциональной организации, расположению, глубине заложения и способам их строитель­ ства.

По назначению выделяют следующие подземные сооружения:

-коммунально-бытового назначения (подвальные этажи зданий, под­ земные гаражи, подземные склады магазинов, подземные холодильники, под­ земные кинотеатры и т.д.);

-промышленно-технологические сооружения (емкости очистных водоодных и канализационных сооружений, заглубленные части дробильно-

шровочных цехов обогатительных фабрик, металлургических производств,

. иемные атомные котельные и т. д.);

-сооружения гражданской обороны и оборонные (убежища различных классов, командные пункты, шахты для хранения и запуска баллистических ракет и т. д.);

-транспортные и пешеходные тоннели (горные автомобильные и желез­ нодорожные тоннели для преодоления высоких перевалов, подводные тонне­ ли под реками и морскими проливами, тоннели метрополитена, городские авто­ мобильные и железнодорожные тоннели, пешеходные подземные переходы);

-тоннели городских коммунальных сетей (канализационные, тоннеликоллекторы для прокладки силовых, телефонных кабелей, водопровода и др.);

-гидротехнические подземные сооружения (напорные тоннели, камеры машинных залов ГЭС, подземные бассейны гидроаккумулирующих электростан­ ций);

-выработки для добычи полезных ископаемых (для добычи угля - шах­ ты, руды - рудники);

-хранилища нефтепродуктов и газов, бытовых и промышленных отхо­

дов.

По функциональной организации выделяют:

-однофункциональные;

-многофункциональные.

По расположению подземные сооружения могут размещаться:

-в комплексе с надземными зданиями (отдельно стоящие, встроенные, встроенно-пристроенные);

-в сочетании с подземными инженерно-транспортными сооружениями:

вспециально проводимых выработках под улицами, площадями, скверами; в специальных выработках за чертой города;

-в отработанных горных выработках.

По глубине заложения подземные сооружения разделяют на заглублен­ ные, малой глубины заложения, глубокие.

Над заглубленными сооружениями нет слоя грунта, они перекрыты свер­ ху искусственными конструкционными материалами или вообще представляют собой подземную часть здания.

Над подземными сооружениями малой глубины заложения имеется слой грунта до Юм. Вес объектов, расположенных на поверхности, вносит свой вклад в давление грунта на обделку подземных сооружений малой глубины за­ ложения.

Подземные сооружения большей глубины заложения относят к разряду

-способ подращивания;

-способ опускного колодца и кессонный;

-«стена в грунте»;

-способ бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций. Рассмотрим более подробно основные наиболее распространенные

способы строительства подземных сооружений.

Способ строительства в открытом котловане (рис. 1.1) заключается в том, что вначале разрабатывается котлован или траншея с размерами в плане и по глубине, необходимыми для устройства сооружения. Крутизну откосов котлована делают такой, чтобы обеспечить их устойчивость. Если устойчи­ вость откосов в один ярус не обеспечивается, откосы котлованов или тран­ шей устраивают в два или несколько ярусов с бермами. В зависимости от глубины, инженерно-геологических условий, обводненности грунтов устраи­ вают крепление стен котлованов или траншей распорными, шпунтовыми, подпорными или другими креплениями. После разработки котлована произ­ водят устройство фундаментов, днища и стен сооружения.

Этот способ используется при строительстве заглубленных сооружений малой глубины заложения, значительной их площади в плане и благоприят­ ных грунтовых условиях.

Устройство шпунтовых стен (рис. 1.2) для крепления откосов котлова­ нов или постоянных ограждений заключается в том, что ограждающие кот­ лован или сооружение стены собирают из отдельных шпунтовых свай, назы­ ваемых шпунтинами, погружая их в грунт (spund - продольный выступ и со­ ответствующий ему паз на грани примыкающей шпунтины). Соединение от­ дельных шпунтин в стену происходит при их погружении. После погружения шпунта внутри ограждающих стен разрабатывают грунт. Для обеспечения

После опускания колодца до заданной глубины устраивают днище и начинают возведение внутренних конструкций снизу вверх: колонн, пере­ крытий, фундаментов под оборудование, бункеров и т. п.

Кессонный способ (от французского caisson - ящик) заключается в том, что на поверхности сооружается кессонная камера, состоящая из скошенных книзу косоугольных стен, заканчивающихся ножевой частью и перекрытием (так называемым «потолком»). На «потолок» устанавливают шахтные трубы и шлюзовой аппарат. Одновременно строят компрессорную и насосную станции. Грунт разрабатывают в кессонной камере и транспортируют через шахтные трубы и шлюзовой аппарат на поверхность. В рабочее пространство кессонной камеры подают сжатый воздух под давлением, близким к гидро­ статическому. Благодаря повышенному давлению сжатого воздух:; и рабочей

гидромеханизации. Кессонный способ применяют при высоком уровне грун­ товых вод, большом их притоке, на покрытой водой местности, т.е. в гех слу­ чаях, когда откачка воды затруднена или экономически нецелесообразна. Кессоны применяют вместо опускных колодцев при слабых грунтах, если ожидается их наплыв или выпор из-под ножевой части, а также в случаях, когда применение кессонов дает значительный экономический эффект. Опускание кессона ограничено глубинами до 30-35 м в связи с невозможно­ стью работы кессрнщиков при избыточном давлении воздуха в 3,0-3,5 атм, ограничением по времени пребывания рабочих под повышенным давлением, большими расходами времени на переход рабочих через шлюз для деком­ прессии, что значительно удорожает кессонные работы.

Нарушение правил постепенного перехода рабочих из зоны высокого давления к нормальному атмосферному давлению (правил декомпрессии) вызывает кессонную болезнь, признаками которой являются боли в суставах и мышцах, головокружение, расстройство речи, помрачение сознания и пара­ личи. В связи с этими обстоятельствами кессонный способ в современном строительстве используется редко, в исключительных случаях.

Способ «стена в грунте» (рис. 1.5) состоит в том, что по контуру будущего сооружения специальными землеройными механизмами разрабатывают узкую и глубокую траншею для устройства в ней ограждающих стен. Разработку грунта ведут на полную глубину под глинистым раствором. Глинистый раствор, который добавляют в траншею по мере углубления, служит для удержания стенок траншеи от обрушения. После разработки грунта по длине траншеи частично или полностью, по захваткам, вставляют арматурные каркасы. Траншею бетонируют с помощью метода вертикально-перемещаемой трубы (метод ВПТ) или бетононасосов. При устройстве сборных стен в траншею вставляют железобетонные панели. Следующий технологический этап - разработка грунта в ядре сооружения,