7. Технология и организация строительства подземных сооружений
7.1. Основные понятия о способах строительства
Подземные и заглубленные сооружения, различные по технологическому назначению и областям применения, глубине и размерам в плане, расположенные отдельно или под наземными зданиями в комплексе с другими помещениями, объединяет общность способов строительства. Основными способами являются:
- строительство в открытых котлованах или траншеях с откосами, с укреплением стен котлованов шпунтом или другими видами креплений;
- способ опускного колодца и кессонный;
- способ подращивания;
- «стена в грунте»;
- способ бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций.
В обводненных грунтах при строительстве подземных и заглубленных сооружений в зависимости от гидрогеологических и грунтовых условий применяют различные вспомогательные способы водопонижения и водоотлива, замораживания, закрепления грунтов и др. Научно обоснованный выбор этих вспомогательных специальных способов оказывает существенное, а иногда и определяющее влияние на стоимость строительства, выполняемого основным способом, надежность и сроки его осуществления.
Ниже приведена краткая характеристика основных наиболее распространенных способов строительства подземных сооружений.
7.1.1 Строительство в открытых котлованах или траншеях
Способ строительства в открытом котловане 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 устойчивость откосов в один ярус не обеспечивается, откосы котлованов или траншей устраивают в два или несколько ярусов с бермами. В зависимости от глубины, инженерно-геологических условий, обводненности грунтов устраивают крепление стен котлованов или траншей распорными, шпунтовыми, подпорными или другими креплениями. После разработки котлована производят устройство фундаментов, днища и стен сооружения.
Этот способ применяют, как правило, при небольшой глубине, значительной площади в плане и благоприятных грунтовых условиях.
Устройство шпунтовых стен для крепления откосов котлованов или постоянных ограждений состоит в том, что ограждающие котлован или сооружение стены устраивают из отдельных шпунтовых свай, называемых шпунтинами, погружая их в грунт (spund - продольный выступ и соответствующий ему паз на грани примыкающей шпунтины). Соединение отдельных шпунтин в стену происходит при их погружении. После погружения шпунта внутри ограждающих стен разрабатывают грунт. Для обеспечения прочности и устойчивости стен, если это требуется по расчету, укрепляют их распорками, тяжами или грунтовыми анкерами. Шпунтовые стены устраивают при высоком уровне грунтовых вод и большом их притоке, значительных нагрузках, а также при слабых грунтах, если устойчивость откосов в один или больше ярусов не обеспечивается и строительство в котловане или траншее с укрепленными откосами экономически нецелесообразно. Шпунтовые ограждения не только обеспечивают прочность и устойчивость стен котлованов и траншей, но и за счет плотности сопряжения шпунтин значительно уменьшают попадание воды в котлован через стены. Шпунты погружают в грунт с помощью ударных механизмов, вибропогружения, вдавливания и гидравлического погружения.
Шпунтовые стены могут быть постоянными и временными на период строительства подземного или заглубленного сооружения. В последнем случае после завершения строительства в целях повторного использования шпунт извлекают с помощью оборудования, используемого для забивки (85 % может быть использовано повторно). Как самостоятельный способ, устройство шпунтовых стен можно отнести только к железобетонному шпунту, который в современном строительстве применяется редко (в основном в гидротехнике). Обычно устройство шпунта относится к строительству в открытых котлованах.
7.1.2 Технология и организация строительства опускных сооружений
Способ опускного колодца заключается в том, что на поверхности грунта или в пионерном котловане на временном специально подготовленном основании устраивают ограждающие стены сооружения, открытого сверху и снизу. Внутрь сооружения опускают землеройные механизмы (экскаватор, бульдозер), а за его пределами устанавливают башенные краны для выемки грунта из колодца бадьями. Разработка грунта может быть выполнена методами гидромеханизации.
Затем разбирают временное основание, выполняют посадку сооружения на грунт, разрабатывают грунт внутри колодца и под стенами. Сооружение под действием сил тяжести опускается вниз. Для уменьшения сил сопротивления грунта по боковой поверхности применяют различные способы: гидропромыв, устройство прослойки из глинистого раствора между наружной поверхностью сооружения и грунтом, нанесение на стены опускного колодца антифрикционного покрытия и др.
После опускания колодца до заданной глубины устраивают днище и начинают возведение внутренних конструкций снизу вверх: колонн, перекрытий, фундаментов под оборудование, бункеров и т.п.
На рис.7.1 даны этапы последовательности устройства опускного колодца.
Рис.7.1. Схема устройства опускного колодца:
а - строительство на поверхности, б - опускание, в - устройство днища и перекрытий
Опускные колодцы, выполняемые из монолитного или сборного железобетона, и кессоны, несмотря на технологические и конструктивные отличия выполнения строительных работ, а также особенности в структуре производственных процессов, характеризуются общими технологическими этапами:
1. Подготовительный этап.