Строительство подземных сооружений открытым способом всегда сопровождается устройством котлована. Котлован может быть сформирован без ограждающих конструкций, а иногда их применение просто необходимо.
Устройство котлована без креплений осуществляется за счет формирования откосов грунта под таким углом, чтобы предотвратить его осыпание в рабочую зону. Этот способ экономичен, но его использование ограничено. В случае если высота подземного пространства значительна, угол откосов должен быть увеличен, следовательно, приходится задействовать «лишнюю» площадь прилегающего пространства. Увеличение площади строительной площадки при строительстве в городской черте чаще невозможно, что и делает этот способ также не возможным для применения.
Крепление стенок котлована можно произвести множеством способов. Выбор какого конкретного варианта зависит от геологических и гидрогеологических условий, размеров подземной части здания, наличия примыкающих зданий, сооружений и коммуникаций.
Опускной колодец
На поверхности или в пионерном котловане собирается конструкция колодца, его стены обязательно должны быть снабжены режущим краем. За счет него и собственного веса (или дополнительной нагрузки) конструкция погружается в грунт. По достижении колодцем проектной отметки, монтируется днище.
Колодец может выполняться как из монолитного железобетона, так и из сборного, и сборно-монолитного. Традиционно, колодец круглый в плане, но возможны вариации. Его диаметр также варьируется от нескольких до десятков метров.
Основной областью применения метода является строительство инженерных сооружений, таких как насосные станции, стволы шахт, подземные резервуары. В городской застройке использование этого метода ограничено, ввиду возможности развития больших осадок прилегающей застройки. Еще одним ограничением к использованию является наличие крупных включений в грунтах или прослойки слабых, водонасыщенных грунтов на пути монтажа.
Стальные элементы с забиркой
Этот метод является самым простым в исполнении, что делает его наиболее экономичным по сравнению с остальными.
По контуру котлована погружаются стальные элементы (двутавры, трубы) в заранее пробуренные скважины, а между ними по мере откопки котлована устанавливаются деревянные доски или стальные листы, так называемая забирка. Она необходима для предотвращения осыпания грунта в котлован.
Использование данного метода ограничено глубиной котлована до 10 метров, так как его прочностные характеристики не достаточно велики для более глубоких котлованов. Конструкция с забиркой не является водонепроницаемой, поэтому при наличии водонасыщенных или структурно-неустойчивых грунтов сводит применение метода на нет.
Шпунтовое ограждение
Шпунтовое ограждение представляет собой систему из металлических элементов U-образного, Z-образного профиля или плоских, скрепленных между собой замковыми приспособлениями, расположенными на краях каждого из элементов. За счет такого способа крепления конструкция обладает большой жесткостью и способна воспринимать значительные изгибающие моменты.
Широкое использование метод получил при строительстве гидротехнических сооружений. Шпунт помимо давления грунтовой массы воспринимает и гидростатическое давление, что делает его не только ограждающей конструкций, но и противофильтрационной завесой. Сложность использования шпунтового ограждения заключается в его высокой стоимости, а также при наличии гравелистых или скальных, полускальных грунтов погружение становится слишком трудным либо невозможным. Этот же недостаток накладывает ограничения на использование конструкции в черте города. Во время прохождения плотных грунтов соседние здания могут получить значительные осадки.
Ограждение по технологии «стена в грунте»
Ведение строительных работ по технологии «стена в грунте» требует специального оборудования, при помощи которого разрабатывается узкая траншея необходимой глубины. Устойчивость ее стенок во время откопки обеспечивается за счет подачи в траншею растворов из бентонитовых глин. Траншея делится на захватки, длина которых зависит от характеристик применяемого оборудования и варьируется от 2 до 3 метров. Каждая захватка отделяется от предыдущей инвентарными ограничителелями, которые извлекаются до начала работ по бетонированию захватки.
По достижении экскавационных работ проектной отметки в захватку погружается арматурных каркас, затем траншею бетонируют, а закачанный ранее бентонитовый раствор вытесняется на поверхность. Как только бетон набирает прочность начинается бетонирование следующей.
Результатом окончания работ является сплошная замкнутая железобетонная стена.
Кроме монолитного способа выполнения конструкции существует возможность выполнения сборных и сборно-монолитных конструкций, путем их установки в траншею.
Можно сказать, что такая конструкция ограждения является универсальной. Она идеально подходит для условий городского строительства, а также может использоваться как противофильтрационная завеса. Основной ее недостаток заключается в высокой стоимости, а также в отсутствии возможности устройства траншей криволинейной формы.
Буровые сваи
Сваи могут быть касательными и секущимися, иногда ограждение делается из отдельностоящих свай, но этот вариант возможен только если уровень грунтовых вод находится ниже отметки дна котлована.
При устройстве свайного ограждения все сваи забиваются в шахматном порядке.
Тело сваи может выполняться по разным технологиям, но наиболее распространенной является бурение под защитой инвентарной обсадной трубы. Бетонирование происходит с помощью бетонолитной трубы, которая постепенно поднимается на поверхность, арматурный каркас сваи погружают в еще не схватившийся бетон.
Буровые сваи позволяют создать сложное в плане подземное сооружение, но их значительным недостатком является тот факт, что дефектные швы между сваями могут пропускать воду, а также возможен прорыв грунтовой массы в котлован.
Ограждающая конструкция, выполненная по струйной технологии
Суть технологии состоит в перемешивании грунта с цементным раствором или полном замещении грунта раствором под большим давлением. В результате в грунте получается столб из грунтоцемента, при последовательном устройстве соседних грунтоцементных вертикальных элементов получается вертикальный экран из jet-свай. При работе в качестве ограждения, а не противофильтрационной завесы, сваи армируются металлическими или железобетонными сердечниками.
Широко технология используется при работе со слабыми глинистыми грунтами высокой влажности.
Каждая технология по устройству ограждений котлованов имеет свои преимущества и недостатки. Выбор наиболее подходящей к ситуации конструкции зависит от сочетания множества факторов. Помочь разрешить эту сложную задачу могут только высококвалифицированные инженеры.
