книги / Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства

Удельная сила трения материала ножевой части о грунт /н, кН/м2

Усилие сопротивления грунта внедрению ножевой части (кН)

#н = #„#.

где FH— площадь подошвы ножа, м2; R — расчетное давление на основание под подошвой ножа, величина которого для раз­ личных грунтов колеблется от 200 до 300 кПа; при погруже­ нии в водонасыщенные породы вышеприведенные значения R уменьшаются в 2 раза; при ширине горизонтальной проекции подошвы ножа, равной или меньшей 0,1 м, Fu приникается равным нулю; кн= 1,2 — коэффициент надежности.

Если подземное сооружение возводят в водоносных поро­ дах, то необходимо выполнять расчеты на всплытие (после бе­ тонирования днища) под действием гидростатических сил. Рас­ чет выполняют по формуле

где Од— вес днища опускного сооружения, кН. Усилие трения и затампонированной щели (кН)

71/р = тПг/p/j,

где т = 0,5— коэффициент условий работы; /т — удельная сила трения тампонажного материала щели тиксотропной рубашки о грунт, принимаемая для цементно-песчаных растворов равной 40 кН/м2; в случае, когда тампонаж не проводят, /т принима­ ют равным нулю.

Выталкивающая сила, действующая на сооружение (кН)

В* = W F д У в Н в,

где РА— площадь основания днища сооружения, м2; ув — удель­ ный вес воды, кН/м3; Нь— расстояние от низа днища до уров­ ня грунтовых вод, м.

1.3. СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ СПОСОБОМ СТЕНА В ГРУНТЕ

1.3.1. Сущность способа и область его применения

Строительство подземных сооружений способом стена в грунте заключается в том, что вначале по контуру на всю глу­ бину заложения сооружения в грунте отрывают траншею ши­ риной 0,4— 1,0 м. Для удержания стенок от обрушения траншею по мере выемки из нее грунта заполняют высокотиксотропным глинистым раствором. Тиксотропный глинистый раствор, имея низкую вязкость и высокую глинизирующую способность, про­ никает в грунт и кольматирует стенки траншеи, образуя на их поверхности тонкую (0,5—30 мм) и достаточно плотную и проч­ ную корку. Наличие такой глинистой корки предотвращает из­ быточную фильтрацию глинистого раствора в грунтовый мас­ сив и удерживает от обрушения стенки траншеи. Глинистая корка является также своеобразным экраном, обеспечивающим передачу на грунт статического и динамического давления гли­ нистого раствора. Для устойчивости траншейных стен необхо­ димо, чтобы давление глинистого раствора превышало актив­ ное давление грунта и воды. Из этого условия находят требуе­ мую плотность глинистого раствора, которая обычно колеблет­ ся в пределах 1,05—1,2 г/см3. После отрывки траншеи на про­ ектную глубину глинистый раствор заменяют постоянной крепью. Под защитой возведенных стен в дальнейшем произ­ водят разработку грунта внутри сооружения. В этом случае предварительно возведенная в грунте постоянная крепь чаще всего играет роль грузонесущей конструкции подземного соору­ жения.

Постоянная крепь по контуру подземного сооружения при этом способе может быть выполнена из монолитного железобе­ тона (бетона) или из сборного железобетона.

Конструктивно монолитная железобетонная (бетонная) крепь по периметру подземного сооружения может быть выпол­ нена из стыкующихся между собой буронабивных свай или же отдельных отрезков траншей.

Стены из секущихся буронабивных свай (рис. 1.16) изго­ товляют в два этапа. На первом этапе выбуривают скважины

Как показал опыт, применение способа стена в грунте наи­ более эффективно в сложных гидрогеологических условиях и при наличии высокого уровня грунтовых вод водоупора на практически достижимой глубине; при устройстве подземных помещений и ограждений котловано-в в городских условиях вблизи существующих зданий.

Применяемое в настоящее время оборудование позволяет разрабатывать траншеи глубиной до 40 м. При глубине тран­ шеи менее 8 м применение способа стена в грунте обычно не дает существенных технико-экономических преимуществ и в практике строительства не встречается. При определении глу­ бины стены в грунте следует учитывать необходимость ее за­ глубления в водоупор. Величина заглублений принимается рав­

крупнообломочных грунтах с незаполненными пустотами меж­ ду отдельными камнями, когда исключается возможность об­ разования экрана на стенках траншеи; при наличии в разраба­ тываемом грунте твердых включений, размеры которых более 1/3 ширины ковша машины. Если траншею разрабатывают бу­ рофрезерными машинами, то допустимая величина этих вклю­ чений определяется возможностью их транспортирования эр­ лифтом, наличием текучих илов; наличием плывунных грун­ тов, залегающих у поверхности земли.

Затрудняется применение способа стена в грунте в имею­ щих большие коэффициенты фильтрации грунтах (большие скорости движения подземных вод), при которых имеют место большие утечки глинистого раствора, исключающие возмож­ ность образования экрана на стенках траншеи, а также при наличии напорных вод с напором, превышающим гидроста­ тическое давление в траншее, в результате чего траншея ра­ ботает как дрена.

1.3.2.Машины для разработки траншей

ибурения скважин

Машины, применяемые для разработки грунта под глини­ стым раствором, подразделяют на общестроительные и спе­ циализированные.

К общестроительным машинам относят экскаваторы с пря­ мой и обратной лопатой, драглайны, буровые станки ударного и вращательного действия (УКС-22М; УКС-ЗОМ; БС-1м, УРБ-ЗАМ и др.).

Специализированные машины, предназначенные только для отрывки траншей, подразделяют на буровые; бурофрезерные (роторные и фрезерные) ; ковшовые.

буронабивн'ые сваи диаметром 500—600 мм, глубиной до 30 м в грунтах I—IV категорий (по СНиП) с применением глинис­ тых растворов.

Установка СО-2 не требует до начала бурения ориентирова­ ния в горизонтальной плоскости. Вертикальность скважины обеспечивается благодаря специальной конструкции колонны. Основными достоинствами установок СО-2 по сравнению с дру­ гими буровыми станками являются их высокая производитель­ ность, простота и надежность конструкции, отсутствие трудоем­ ких спуско-подъемных операций, небольшая стоимость изготов­ ления и невысокая стоимость машино-смены.

Из машин б у р о ф р е з е р н о г о д е й с т в и я наибольшее распространение получили отечественные агрегаты СВД-500, СВД-500р, УБС-1, предназначенные для прокладки узких глу­ боких траншей в мягких и твердых грунтах. Особенно эффек­ тивно их применение в скальных и полускальных породах, а также в мягких и средних грунтах с прослойками и включе­ ниями крепких пород.

Технология разработки траншей агрегатами бурофрезер­ ного действия заключается в последовательном фрезеровании вертикальных полос с помощью перьевых или шарошечных до­

глинистым раствором траншею шириной 6,5—0,6 м и глубиной 30 м. Установку массой 35 т комплектуют эрлифтом с подаче'й 400—500 м3/ч, компрессором ДК-9 для обеспечения сжатым воздухом эрлифта и ситогидроциклонной установкой 4СГУ-2, которая служит для очистки глинистого раствора. Разбурен­ ный шарошечным долотом грунт увлекается вниз траншеи по­ током глинистого раствора, поступающего к электробуру, а так­ же действием собственного веса и выносится эрлифтом на ситогидроциклонную установку для очистки.

Агрегат СВД-500р представляет собой модификацию агре­ гата СВД-500. Он имеет массу 45 т и предназначен для прове­ дения траншей шириной 0,5—0,7 м, глубиной до 50 м. Макси­

шей шириной 0,5—0,7 м и глубиной до 25 м в грунтах различ­ ного типа. Максимальная скорость проведения 150—250 м2/ч в мягких грунтах, 30—110 м2/ч в мягких грунтах с прослойками твердых пород и 10—20 м2/ч в твердых породах.

Кроме вышеназванных машин, в практике строительства подземных сооружений с применением способа стена в грунте

тает по принципу последовательного бурения. Конструкция ма­ шины позволяет использовать два способа бурения: фрезерное

траншей шириной 0,5 м и глубиной до '50 м в мягких грунтах без включения валунов.

Японской фирмой «Тони» разработан агрегат, состоящий из компрессора, мачты с лебедкой, передвижной платформы, эр­ лифта, раствОронасоса, гидроциклона и вибросита. Семифрезер­ ная головка траншеекопателя подвешена к мачте тросовой си­ стемой. Мачта укреплена на передвижной платформе. Фрезы головки расположены в двух уровнях и приводятся в движение погружными электродвигателями.

Глинистый раствор, перемешиваясь с разрыхленным грун­ том, транспортируется эрлифтом в блок очистки, где после предварительной очистки на вибросите стекает в бак и направ­ ляется на гидроциклон для тонкой очистки.

Очищенный раствор слйвают в зумпф для перекачки насо­ сом в траншею. Для исключения перекоса фрезерной головки применяют электромагнитный уровнемер. Глубина разработки траншеи такой установкой достигает 78 м, минимальная шири­ на — 59 см.

грязняют разрабатываемым грунтом глинистый раствор и по­ этому отпадает весьма сложная и трудоемкая операция по не­ прерывной очистке глинистого раствора на дорогих очистных установках с перекачкой больших масс загрязненной пульпы эрлифтом. Это позволяет резко сократить трудовые и эксплуа­

к крану экскаватора Э-1252. Он предназначен для разработки пород I—IV категорий на глубине до 18 м. При проведении траншей в грунтах III—IV категорий предварительно станками УРБ-ЗАМ и^и 1БА-15-В, смонтированными на раме шасси ав­ томобиля МАЗ-500, бурят лидерные скважины диаметром 600— 700 мм, шаг которых равен 3,2 м, т. е. величине полного рас­ крытия грейфера. Лидерные скважины значительно облегчают

лидерных скважин, вместимость ковша 0,6 м3. Производитель­ ность грейфера в грунтах I—III категорий 60—1.10 м3/смену.

траншеи 0,6 м, глубина до 20 м.

В последнее время начали применять самонаправляющиеся грейферы СГФ-600 и ГСФ-400 с боковыми направляющими, рас­ пирающимися в стенки траншей во время закрытия челюстей, виброгрейфер ПВ-500 с трубчатым грунтозаборником, тран­ шейный виброгрейфер ТВ-1, электрогидравлический грейфер НИИОСП вместимостью 1 и 1,35 м3. Создан новый гидравличе­ ский экскаватор ЭО-5122 на гусеничном ходу с напорным грей­ фером вместимостью 0,5 м3 на жестко закрепленной телескопи­ ческой штанге для 'разработки траншей шириной 0,6; 0,8 и 1 м.

За рубежом ковшовые машины также получили широкое распространение и разделяются на две группы.

1. Грейферы, оборудованные жесткими штангами, опускае­ мыми в траншею по мере ее разработки. Штанги являются на­ правляющими для грейфера и обеспечивают легкость его на­ водки на траншею, точность глубины копания, вертикальность разрабатываемой траншеи, а также гладкость ее стен. Иногда они служат также для передачи на грейфер дополнительного вертикального усилия, благодаря этому появляется возмож­

различную оснастку. Экскаватор «Поклен» на гусеничном хо­ ду, предназначенный для проведения траншей под глинистым раствором, имеет две модификации — С-150 и С-150К. Рабочим органом этих экскаваторов является гидравлический грейфер. У экскаватора С-150К грейфер жестко соединен с мачтой, со­ стоящей из двух частей, телескопически соединенных между собой. Мачты выпускают в трех исполнениях — с глубиной копания до 18; 24 и 30 м. .В зависимости от толщины стены про­ ведение траншеи может осуществляться различными по ширине грейферами, устанавливаемыми на мачте (0,5; 0,7; 0,9 и 1 м).

Экскаватор с телескопической мачтой может быть оборудо­ ван цилиндрическим грейферным ковшом, а также шнеком для бурения.

Грейферы на штанге позволяют проходить под глинистым раствором траншеи глубиной до 30 м, тогда как экскаваторами с грейферами на тросе можно разрабатывать траншеи глуби­ ной до 50 м и более.

2. Грейферы одно- и двухканатные с гибкой подвеской на стреле крана. Врезка в грунт грейферов осуществляется за счет собственного веса, в связи с этим требуется их существен­ ное утяжеление. Для облегчения веса указанных грейферов, а также облегчения врезки их в грунт траншеи следует прово­ дить этими грейферами с предварительным бурением лидерных скважин на расстоянии, равном захвату грейфера. В этом слу­ чае грейфер разрабатывает лишь целики породы между лидер­ ными скважинами.

по техническим характеристикам с учетом габаритов траншей,

скими расчетами.

1.3.3. Приготовление глинистого раствора

Глинистый раствор служит:

для удержания стенок траншей и скважин от обрушения на период их проходки и возведения в них строительных конструк­ ций. Для этого необходимо в каждой точке на стенке траншеи создать гидростатическое давление раствора, превышающее ак­ тивное давление грунта и грунтовых вод;

для укрепления поверхностного слоя грунта на стенках траншей и скважин путем создания на них водонепроницаемо­ го экрана, состоящего из заглинизированного грунта и глинис­ той корки и' для создания на стенках траншей кольматационного слоя, состоящего из грунта и глины, способного настоль­ ко уменьшить фильтрацию воды в окружающую породу, чтобы за время производства работы кривая депрессии фильтрацион­ ного потока из траншеи в окружающую породу, поднимаясь, не достигала своего критического положения, при котором на­ ступит обрушение стенок траншеи;

для использования его в качестве рабочей жидкости, взве­ шивающей и транспортирующей породные частицы (при про­ ходке с применением гидротранспорта разрабатываемой по­ роды).