Метод «стена в грунте» является вариантом траншейного способа работ по строительству подземных сооружений.
Суть траншейного метода в общем и целом сводится к тому, что в трудных условиях, например при наличии вблизи строящегося объекта какого-нибудь здания, которое необходимо сохранить, сооружают глубокую траншею (котлован, глубина которого много больше его ширины), в которой возводят тем или иным образом несущую конструкцию (стену), которая будет удерживать от обрушения котлован, в котором уже будет строиться сам объект. Разумеется, саму траншею сооружают предусматривая при этом мероприятия, которые обеспечат ее целостность. Сам траншейный метод впервые был применён при строительстве метрополитена в г. Милан (Италия) в 50-е годы 20-го столетия и потому иногда называется «миланским». Отличительной чертой именно «миланского» метода, который еще называют «ап-даун» или «топ-даун», состоит в том, что стены, сооруженные в траншеях являются одновременно и основными конструкциями тоннеля. После сооружения стен был выкопан неглубокий котлован для устройства перекрытия тоннеля, которое опирается на уже сооруженные стены и объединяется с ними, и, таким образом, перекрытие служит одновременно и распоркой, удерживающий стены от "схлопывания" или "складывания" (кому как нравится). В дальнейшем метод «стена в грунте» получил широкое распространение во всем мире при строительстве разнообразных подземных сооружений в стеснённых городских условиях, а в относительно недавнем прошлом даже были придуманы модификации данного метода.
Способы разработки траншеи, как и конструкции несущих стен могут быть разные, но общепринятым считается то, что "стена в грунте" - это метод, основной особенностью которого является способ крепления стен траншеи при помощи суспензии на основе растворов бентонитовых глин, которые заполняют траншею по всей её высоте, начиная с момента разработки траншеи и вплоть до возведения в ней конструкции стены.
Обладая низкой вязкостью и высокой глинизирующей способностью, бентонитовая суспензия проникает в грунт, образуя в поверхностном слое стен траншеи тонкую (0,5 - 3,0 мм) но достаточно плотную и прочную плёнку (мембрану). Благодаря наличию такой мембраны происходит уравновешивание горизонтальных усилий, действующих на стены траншеи от веса грунта и подземных вод усилиями, возникающими в траншее от веса бентонитовой суспензии. Бентонитовая суспензия с удельным весом 1,05 - 1,2 г/куб.см, представляющую собой коллоидный раствор монтмориллонитовых глин, и характеризующуюся тиксотропными свойствами. Находящаяся в жидком состоянии (золь) бентонитовая суспензия с течением времени загустевает (переходит в гель), а при механическом воздействии вновь переходит в золь.
Таким образом, можно сказать, что глинистая плёнка является своеобразным экраном, обеспечивающим передачу на грунт статического давления бентонитовой суспензии. Глинистый раствор характеризуется постоянством своих свойств на всей стадии производства строительных работ. Он не ухудшает сцепления арматуры с бетоном и не смешивается с бетонной смесью, что позволяет вести бетонирование конструкций стен в траншеях способом подводного бетонирования (ВПТ).
Метод «стена в грунте» наиболее эффективен при глубине траншеи 5-6 метров и более, а также при расположении подземного сооружения в непосредственной близости от зданий или их фундаментов. Использование глинистого раствора для крепления стен траншеи даёт возможность исключить свайное, шпунтовое или многодельное деревянное крепление, уменьшаются объёмы земляных работ, снижается трудоёмкость и возрастают темпы строительства. При определённых условиях отсутствует необходимость в устройстве водоотлива или искусственного водопонижения.
Работы по возведению «стены в грунте» ведутся последовательно, отдельными участками (заходками или захватками), длина которых определяется, как правило, грузоподъёмностью кранового оборудования используемого как для производства землеройных работ, так и для последующего размещения в траншее железобетонных стен возводимого сооружения. Обычно ширина траншеи составляет 0,6 – 0,8 м (в некоторых случаях – до 1,5 м), длина участка (захватки) принимается равной 2 – 6 м, глубина может достигать 30 и более метров. Отдельные захватки стыкуются между собой при помощи специальных стыковочных устройств. Разработка отдельных захваток может осуществляться последовательно или в шахматном порядке, что зависит от принятого оборудования и условий для производства работ. Чаще применяется разработка захваток в шахматном порядке, при котором между разрабатываемыми захватками остаётся грунтовый целик, длина которого равна длине захватки. Разработка этого целика производится после бетонирования стен в соседних с ним захватках.
Первоначально по всему периметру будущей «стены в грунте» устраивается пионерная траншея (форшахта) шириной около 1-го метра и глубиной до 1,5 метров. Стенки форшахты закрепляются бетонными или железобетонными блоками, с омоноличенными стыками между ними. Закреплённые стенки форшахты являются направляющими для рабочего органа землеройной машины, а также предотвращают инфильтрацию бентонитового раствора в верхние наиболее рыхлые слои грунта. Конструкция форшахты должна обеспечить расположение уровня бентонитовой суспензии на 1,0 – 1,5 метра выше горизонта грунтовых вод.
Независимо от видов применяемого землеройного оборудования, по мере разработки грунта в траншею подают бентонитовый раствор, предотвращающий обрушение стен. Поскольку в процессе разработки траншеи часть раствора удаляется вместе с разработанным грунтом, необходимо непрерывно подавать такое количество нового раствора, которое обеспечивало бы поддержание постоянного его уровня в траншее. Разработанный грунт, смешанный с бентонитовым раствором подаётся в специальный отстойник (сепаратор), где производится очистка раствора от грунта для повторного использования в разрабатываемой траншее.
После разработки участка траншеи (захватки) на проектную глубину производят проверку размеров выработки, качество дна и состав суспензии, которым заполнена траншея. При значительном загрязнении суспензии производят её замену новым очищенным раствором.
Конструкция возводимых в траншее участков стен может быть из сборного железобетона, и тогда в подготовленный для монтажа стены участок траншеи опускают сборную панель с соединённым с ней стыковочным устройством.
Чаще всего конструкция «стены в грунте» является монолитной, железобетонной. При устройстве такой конструкции, первоначально, в разработанной секции траншеи, заполненной бентонитовым раствором, устанавливают арматурный каркас. Каркасы обычно делают сварными, включая при необходимости в их состав элементы жёсткости и закладные детали. Ширина арматурного каркаса должна быть на 10 - 12 сантиметров меньше ширины траншеи. Для обеспечения точного положения каркасов в траншее к ним с боков привариваются направляющие в виде специальных «салазок-катков». В верхней части каркасов закрепляются поперечные планки, которыми каркас опирается на ограждение форшахты (или на грунт). Вслед за установкой арматурного каркаса можно приступать к бетонированию участка стены. Укладка бетонной смеси в траншею производится в соответствии с технологией подводного бетонирования методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ), при котором нижний конец бетонолитной трубы постоянно погружён в свежеуложенную бетонную смесь на глубину 20 – 30 сантиметров. Бетонирование ведётся непрерывно, допуская перерывы не более чем на 2 – 3 часа. Вытесненный бетонной смесью глинистый раствор по лоткам или по трубам направляют в специальный отстойник, откуда после очистки раствор подаётся на соседние участки траншеи для повторного использования. По завершении бетонирования верхний слой бетона толщиной 30 – 40 сантиметров, загрязнённый шламом и глинистым раствором, удаляется.
Участки стены, забетонированные в отдельных захватках, должны соединяться между собой в единую конструкцию. Тип стыков между участками стены зависит от её размеров, формы в плане, способов возведения и требований, предъявляемых к возводимому подземному сооружению. Чаще всего стыки между отдельными захватками стены устраивают с помощью специальных разделительных элементов-ограничителей, которые ещё до начала бетонирования устанавливают по торцам захватки и заглубляют в дно траншеи не менее чем на 1 метр. Помимо обеспечения совместной работы отдельных участков стены, ограничители должны предотвращать попадание бетонной смеси из одного участка траншеи в другой и гарантировать водонепроницаемость стыков.
Полностью статья размещена на сайте www.entera.info.
