Состав земляных работ, разбивка сооружений на местности

Явление электроосмоса используют для расширения области применения иглофильтровых установок в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут. В этом случае наряду с иглофильтрами в грунт на расстоянии 0,5... 1 м от иглофильтров со стороны котлована погружают стальные трубы или стержни на глубину, идентичную погружению иглофильтров. Иглофильтры подключают к отрицательному (катод), а трубы или стержни - к положительному полюсу источника постоянного тока (анод) (рис. 5.5, б).

Электроды размещают  относительно друг друга в шахматном  порядке. Шаг, или расстояние анодов и катодов в своем ряду принимают  одинаковым в пределах 0,75...1,5 м. В  качестве источника электропитания применяют сварочные аппараты или  передвижные преобразователи электрического тока. Мощность генератора постоянного  тока определяют из необходимой силы тока 0,5.-1 А на 1 м² площади электроосмотической завесы при напряжении в цепи 30...60 В. Под действием силы электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, освобождается и перемещается по направлению к иглофильтрам. Благодаря электроосмосу коэффициент фильтрации грунта возрастает в 5...25 раз.

Применение каждого  из описанных методов понижения  уровня грунтовых вод зависит  от мощности водоносного слоя, коэффициента фильтрации грунта, параметров земляного  сооружения и строительной площадки. Решение о выборе метода должно быть также обосновано и с позиций  охраны окружающей среды и экологической  безопасности возводимого объекта.

Использование установок  для искусственного водопонижения  вызывает необходимость решения  задач экологического характера. В  первую очередь - это необходимость  применения экологически чистых технологий, которые не допускали бы загрязнения  подземных вод, попадания в них  вредных примесей.

Нередко при интенсивной  откачке грунтовых вод в районе строительства нарушаются гидрогеологические условия, взаимосвязь подземных  вод с поверхностными, в результате чего могут произойти нарушения  действующих водозаборных систем, осушение родников и т. д. Продолжительные  откачки грунтовых вод особо  опасны на застроенных городских  территориях, так как они могут  вызвать оседание земной поверхности, деформации зданий и сооружений, смещение осей инженерных сетей. Поэтому выбор  способов защиты земляных сооружений от воздействия подземных вод  должен сопровождаться анализом и разработкой  соответствующих природоохранных  мероприятий.

2.3. Создание искусственных противофильтрационных завес и экранов.

Для ограждения котлованов, траншей, подземных выработок и  защиты проводимых в них строительных работ от поступления грунтовых  вод в зависимости от физико-механических свойств грунта, его состояния, мощности водоносных слоев существуют следующие  способы закрепления грунта: замораживание, инъецирование в грунт растворов-отвердителей, создание тиксотропных противофильтрационных  экранов и завес, устройство шпунтовых  ограждений.

В сильно водонасыщенных грунтах (плывунах) при разработке глубоких выемок, подземных сооружений создаются  противофилырационные завесы при помощи естественного или искусственного замораживания грунтов.

Естественное замораживание применяют в районах с низкими температурами. В летнее время выкапывают котлован до уровня фунтовых вод, а затем в период наступления морозов допускают промерзание грунта на откосах и дне выемки на глубину 20...30 см. После этого послойно (10... 15 см) снимают грунт, давая каждый раз промерзнуть грунту вглубь на 30 см. Таким образом, возникает льдогрунтовая оболочка, защищающая выемку от проникания в нее грунтовых вод.

Искусственное замораживание грунтов применяют при высоком уровне грунтовых вод (в сильно водонасыщенных грунтах и плывунах) при строительстве шахт, туннелей, при разработке котлованов (глубоких выемок) в песчаных, супесчаных и суглинистых грунтах. Цель замораживания - создание льдогрунтовой оболочки вокруг сооружения, под защитой которой будет осуществляться разработка выемки.

По периметру  разрабатываемого котлована погружают  замораживающие колонки из труб, соединенных  между собой сетью из двух трубопроводов, которые подключены к холодильной  камере. Замораживающая колонка (охлаждающая  игла) состоит из двух труб - наружной диаметром ПО мм с замкнутым и  заостренным нижним концом и внутренней трубы диаметром порядка 35 мм, при этом внутренняя труба не замкнутая и она не доходит до низа наружной. К верху наружной трубы приварена крышка, через нее пропущена внутренняя труба, по которой подается замораживающий раствор, и сбоку в верхней части наружной трубы приварена отводящая труба, по которой уже использованный охлаждающий раствор подается снова в холодильную камеру; на этих отводящих трубах закреплены термометры для контроля за температурой рассола.

Для замораживания  грунтов используют холодильную  установку, подающую хлористый кальций  или другой охлаждающий раствор - рассол (растворы солей с низкой температурой замерзания) в погруженные  в грунт замораживающие колонки. Раствор хлористого кальция в  холодильнике охлаждается до температуры -20...-25°С под действием хладоагентов - углекислоты (диоксид углерода) или  аммиака и под давлением подается во внутреннюю питательную трубу  и из нее выливается, попадая в  замкнутую наружную трубу, соприкасающуюся  с грунтом. Перемещаясь по этой трубе  снизу вверх под действием  давления, раствор нагревается за счет поглощения тепла от грунта через  стенку наружной трубы, одновременно охлаждая грунт, возвращается в холодильник с остаточной температурой около -5°С, где снова охлаждается и вновь поступает в систему труб.

Вокруг охлаждающей  колонки, по которой проходит рассол, со временем образуется цилиндр замороженного  грунта, диаметр которого со временем увеличивается и максимально  может доходить до 3 м. Через некоторое  время после начала замораживания (часы, но чаще сутки), соседние цилиндры замороженного грунта сливаются (смерзаются) в сплошную стенку мерзлого грунта, которая препятствует проникновению  грунтовой воды в котлован, т. е. выполняет  функцию конструкции ограждения временной выемки. Замороженная стенка должна быть заглублена до водонепроницаемого пласта грунта для предотвращения доступа  воды во внутреннюю полость снизу.

Расстояние между  колонками зависит от гидрогеологических и температурных условий производства работ, глубины предполагаемой выемки и в большинстве случаев оказывается  в пределах 1,5...3 м.

Устройство тиксотропных противофильтрационных экранов толщиной 0,15...0,25 м производят с применением механизмов ударного, режущего, вибрационного и водовоздушного действия. В качестве машины ударного действия используют копровый агрегат, который вплотную друг к другу погружает в грунт несколько стальных шпун-тин или пустотелых свай. Затем первый погруженный элемент извлекают гидравлическим трактором, а в образовавшуюся полость подают глиноцементный или глинистый раствор, обладающий тиксотропными свойствами. Тиксотропную суспензию приготовляют из бентонитовой глины, способной абсорбировать, т. е. поглощать воду в количестве, до 7 раз большем собственной массы, а после водонасыщения загустевать, приобретая гидрофобные (водоотталкивающие) свойства.

Извлеченный элемент  погружают в месте, расположенном  от последнего погружения на расстоянии не более чем ширина стороны поперечного  сечения погруженного элемента. Процесс  повторяется до тех пор, пока не будет  сформирована противофилырапионная завеса. Погружение и извлечение пустотообразующих  элементов можно выполнять с  использованием вибрационного оборудования. В массиве грунта бурится скважина глубиной до 10 м и диаметром 0,5 м. В момент, когда бур начинает извлекаться  из скважины, через его полный вал  под давлением подается цемент и  перемешивается с разрыхленным грунтом. В грунте образуется цементно-грунтовая  свая. Затем на расстоянии, меньшем  диаметра сваи, бурится новая скважина, в которой также устраивается цементная колонна. Между двумя  колоннами снова бурят скважину, при этом частично захватывая материал двух соседних свай. В результате образуется стенка из сомкнутого ряда свай, обладающая противофильтрационными свойствами. Оборудование позволяет устраивать не только вертикальные, но и наклонные сваи (до 15° во всех направлениях).

Вертикальный дренаж, устраиваемый при помощи дренирующих свай и дренирующих стен. Вначале производят бурение скважины диаметром около 90 см и глубиной до 6 м в обсадной трубе. В готовую скважину помещают арматурный каркас, внутри которого закреплена труба, в нижней части имеющая ряд отверстий для поступления в нее грунтовой воды. В полость между обсадной и внутренней дренажной трубами опускают бетонолитную трубу и далее ведут бетонирование сваи методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). В основание сваи подают фильтрбетон и одновременно начинают подъем обсадной трубы. Затем бетонируют сваю обычным бетоном.

2.4. Устойчивость откосов земляных сооружений, временное крепление стенок выемок, искусственное закрепление грунта.

При возведении подземной  части зданий и сооружений особые требования предъявляются к откосам  и стенкам выемок. Необходимость  их крепления, а также конструкции  крепления зависят от гидрогеологических условий и конструкции подземной  части возводимого сооружения.

Вертикальные стенки в  грунтах естественной влажности  при отсутствии грунтовых вод  допускаются без крепления:

при глубине выемок в песчаных и крупнообломочных грунтах не более 1 м,

-  в супесях -1,25 м,

-  в суглинках и глинах - 1,5 м,

-  в особо плотных грунтах -2 м.

При больших глубинах для  предотвращения обвалов и оползней стенок выемок устраивают откосы, параметры  которых определяются и регламентируются СНиПом. Необходимость устройства откосов  ведет к значительному увеличению габаритов земляного сооружения и соответственно объемов разработки грунта, повышению материальных и  трудовых затрат.

Для уменьшения объемов земляных работ, а также в случаях, когда  разработка выемок с откосами невозможна из-за стесненности площадки или наличия  грунтовых вод, устраивают выемки с  вертикальными стенками.

Временное крепление стенок земляного сооружения может быть выполнено в виде деревянного  или металлического шпунта, деревянных щитов с опорными стойками при  подкосном креплении стенок.

Шпунтовое ограждение является наиболее надежным, но и самым дорогим из существующих способов. Применяют шпунт при разработке выемок в водонасыщенных грунтах вблизи существующих зданий и сооружений. Шпунт, металлический или деревянный, забивают в грунт на глубину, превышающую глубину будущего котлована на 2...3 м (величина расчетная), чем обеспечивают устойчивое и естественное состояние грунта за пределами выемки. В качестве металлических стоек используют прокатные профили (швеллер, двутавр, трубы) или специально выпускаемый прокат.

Шпунт может быть сплошным в виде единой стенки, если шпунт  прерывистый, то между стойками по мере отрывки котлована забивают деревянную забирку - щиты, отдельные доски, брусья

Распорное крепление применимо для узких траншей глубиной 2...4 м в сухих и маловлажных грунтах и состоит из вертикальных стоек, горизонтальных досок, дощатых (сплошных или несплошных) щитов и распорок, прижимающих стойки и щиты к стенкам траншеи. Стойки, как и распорки, устанавливают по длине траншеи через 1,5—1,7 м одна от другой и по высоте - через 0,6...0,7 м. При связных грунтах естественной влажности и глубине до 3 м горизонтальную забирку устраивают из досок толщиной 5 см с прозорами на ширину доски, при большей глубине забирку делают сплошной из щитов. Распорное крепление трудоемко и затрудняет производство работ в траншее, особенно при прокладке коммуникаций, если позволяют условия, то применяют другие виды креплений.

Вместо деревянных стоек  и раскосов используют стальные трубчатые  стойки и телескопические распорки, длина которых изменяется за счет вращения винтовых муфт. Эти инвентарные распорные рамы эффективны ввиду их малой массы, легкого монтажа и демонтажа. Металлические трубчатые стойки по высоте имеют отверстия для крепления распорок. Распорка телескопического типа состоит из наружной и внутренних труб, поворотной муфты и опорных частей. В зависимости от ширины траншеи расстояние между стойками устанавливают путем выдвижения внутренней трубы из наружной, которое фиксируется болтом-стопором, вставляемым в совмещенное отверстие труб. Полное прижатие щитов к стенкам выемки осуществляют поворотом до упора муфты с винтовой нарезкой.

Анкерное крепление. Для восприятия опрокидывающих моментов, возникающих от действия грунта на шпунтовые, свайные и другие ограждения выемок, применяют анкерные устройства (грунтовые анкеры). Анкеры устраивают в одном или нескольких уровнях по высоте откоса под углом к горизонту до 25°.

Основная деталь анкера —  растягиваемый элемент (тяга) выполняется  из металла. Анкерную тягу одним концом крепят к конструкции стенки, а  другим — в грунтовой массив за пределы возможной призмы обрушения  и закрепляют там при помощи инъецируемого  в грунт раствора. Грунтовой анкер устраивают следующим образом. После разработки котлована до определенной отметки под углом к горизонту забуривают скважину диаметром 20...30 см и глубиной 8...20 м, часто применяя при этом обсадные трубы. Тягу заводят в скважину, После чего в нее инъецируют раствор, замоноличивая анкер по всей длине или только в нижней его части. Когда раствор затвердеет, анкер натягивают. Грунтовые анкеры располагают через 3...5 м