Устройство фундаментов в водонасыщенных грунтах
Возведение зданий на водонасыщенных грунтах требует дополнительных затрат и сложнее чем на грунтах других типов. Кроме влаги, которая негативно влияет на здание, грунты такого типа обладают слабой несущей способностью и требуют использования специальных решений. Чаще всего это требуется в глинах и суглинках.
Фундамент на водонасыщенных основаниях часто подвергается осадкам, причем не только непосредственно после возведения, но и долго после этого. В таких условиях популярны и сваи разного типа.
Также применяют песчаные подушки. Для отвода воды и защиты от нее устраивают дренаж участка и гидроизоляцию здания.
Свайный фундамент для водонасыщенных грунтов передает нагрузку на нижележащие слои, которые прочнее. В частном строительстве применяют несколько типов свай:
При устройстве буронабивных необходимо сначала бурить скважину, в которую затем заливается бетонный раствор, усиленный арматурным каркасом. Вода из грунта может заполнять канал и мешать его бетонировать.
Винтовые сваи удобнее и проще в использовании в таком случае. Это металлический стержень, защищенный от коррозии, что позволяет не беспокоиться о влиянии воды на стержень. Также на глубине малое содержание кислорода, необходимого для коррозии.
Винтовая свая удобна и тем, что на ее конце устроен винт, благодаря которому она ввинчивается в землю. После достижения проектной глубины он служит анкером, который держит конструкцию в основании при возникновении сил морозного пучения.
Плитные и ленточные конструкции
При опасности просадок применяют и технологию «плавающей» плиты. Такой фундамент представляет собой монолитную плиту из железобетона толщиной 0,4–0,6 м. Она располагается под всей площадью дома, что помогает равномернее распределять нагрузку на основание. При проседании или пучении плита сохраняет целостность и сохраняет конструкцию здания от разрушения. Основной недостаток – высокая цена решения.
При использовании ленточных фундаментов ограничивают неравномерность осадок разными способами. Одним из вариантов является применение перекрещивающихся лент. Для жесткости фундамент усиливают армированными каркасами и поясами: один пояс в подушке ленты, а второй поверху фундамента. Вариантом является увеличение площади опирания конструкции на основание.
Замена слабых оснований
Применяют и песчаные подушки, которыми заменяют слабые грунты. Для этих целей водонасыщенный грунт извлекают на глубину 1–2 м (и больше, зависит от условий) и заменяют на слой песка. Это позволяет уменьшить глубину заложения конструкции и увеличить несущую способность основания. Песок равномерно распределяет нагрузку на нижние слои. Песок также выступает в качестве дренажа воды из нижних слоев.
Какой фундамент лучше для водонасыщенного грунта? Ответ на этот вопрос зависит от характеристик и особенностей конкретного участка. Проводят инженерно-геологические изыскания, определяют не только состав и несущую способность основания, и уровень залегания воды. На основании этих данных рассчитывают стоимость и удобство всех решений. Независимо от выбранной конструкции в основаниях такого типа уделяют внимание дополнительной гидроизоляции фундамента и стен.
Технологические особенности возведения заглубленных сооружений в обводненных и затопляемых участках
Открытый способ основан на отрывке котлована с естественными откосами или шпунтовым ограждением, на дне которого возводят подземное сооружение. По окончанию работ котлован засыпают грунтом. Способ применяют при сравнительно небольшой глубине сооружения (до 15 м) и преимущественно в сухих грунтах.
Открытый способ значительно облегчает условия возведения подземных сооружений, так как могут быть применены высокопроизводительные машины общестроительного типа и крупноразмерные конструкции при неограниченном фронте работ. Открытым способом могут быть возведены подземные сооружения любого назначения, закладываемые на небольшой глубине от поверхности земли под свободной от застройки территорией. Особенно целесообразно применять открытый способ ведения работ при строительстве станций метрополитена, камер съездов, городских транспортных и пешеходных тоннелей, при возведении переходных участков от подземных линий метрополитена к наземным, при врезке горных тоннелей в пологие склоны и т.п [1].
В городских условиях, где трасса тоннеля метрополитена или коллектора пересекает жилые кварталы с большим числом зданий, сооружений и подземных коммуникаций, вопрос о выборе способа ведения работ необходимо решать на основе технико-экономического сравнения вариантов. Недостатками открытого способа строительства подземных сооружений являются: нарушение нормальной жизни города на длительный период; необходимость переноса значительной части инженерных сетей и коммуникаций, попадающих в зону ведения работ; необходимость усиления фундаментов расположенных вблизи зданий и сооружений, а в некоторых случаях их сноса; устройство временных мостов через котлованы и водоотводы.
При строительстве открытым способом необходимо проектировать земляные работы по рытью котлованов и траншей. Выбор между котлованным и траншейным способами следует также осуществлять на основе технико-экономического сравнения вариантов. Если трассу проектируют под широкой уличной магистралью, где тоннель будет занимать не всю ширину проезжей части или где возможно использование для движения городского транспорта другой магистрали, обычно целесообразно применение котлованов с наклонными стенами, расположенными под углом естественного откоса пород.
В стесненных условиях применяют котлованы с вертикальными стенами или траншейный способ. Котлованы и траншеи с вертикальными стенами необходимо закреплять. Лучшими видами крепи являются инвентарные металлические или деревянно-металлические, хотя часто применяют деревянные конструкции. При выборе типа крепи стенок котлована или траншеи следует принимать такие виды ограждений, которые позволяют осуществлять выемку породы механизированным способом. При расположении уровня подземных вод выше подошвы подземного сооружения в зависимости от свойств водоносных пород необходимо применять искусственное водопонижение, шпунтовое ограждение, искусственное замораживание или другие способы.
При проектировании строительства объектов в условиях действующих предприятий и городской застройки, особенно в водонасыщенных породах, наиболее рационально применение шпунтовых ограждений. Однако вследствие значительной стоимости и трудоемкости устройства и больших затрат материалов в каждом конкретном случае проектирования необходимо решать вопросы целесообразности их применения в данных условиях и выбора наиболее рациональных типов ограждения. Тип шпунтов выбирают в процессе разработки проекта производства работ с учетом наличия или возможности получения их строительной организацией.
Проект организации работ в котлованах с откосами отличается большей простотой. Здесь можно использовать высокопроизводительные экскаваторы и другие землеройные машины. Крутизну откосов принимают равной углу внутреннего трения пород с учетом глубины котлована.
Для возведения обделки по спланированному дну котлована предусматривают устройство щебеночной подготовки толщиной 10 см с покрытием ее стяжкой толщиной 5 см из цементного раствора или укладывают тощий бетон. При проектировании монолитной обделки в котловане с вертикальными стенками на подготовленном основании предусматривают в первую очередь возведение защитных стенок на полную высоту. В котлованах с откосами защитные стенки можно также возводить сразу на полную высоту и использовать их в качестве наружной опалубки, однако в этом случае стенки должны быть несущими.
Для возведения полносборной или комбинированной обделки применяют монтажные краны, грузоподъемность которых зависит от массы наиболее тяжелого конструктивного элемента. Удобно с точки зрения организации работ на строительной площадке использовать козловые краны, перемещающиеся вдоль котлована по рельсам, проложенным на определенном расстоянии от бровок котлована. При строительстве городских транспортных и пешеходных тоннелей, а также многопролетных станций метрополитена в связи с большой общей шириной монтируемого сооружения козловые краны не применяют. Для монтажа конструкций в этих условиях используют стреловые самоходные краны грузоподъемностью 12-25 т.
При траншейном способе в первую очередь предусматривают проходку траншей, в которых возводят стены подземного сооружения, а затем разрабатывают котлован для перекрытия. Выемку ядра тоннеля осуществляют закрытым способом под защитой возведенной обделки.
Строительство подводных тоннелей, расположенных непосредственно под зеркалом воды, осуществляют способом погружения крупных секций. В проекте на строительство подводного тоннеля предусматривают следующие работы: разработку подводного котлована и подготовку основания тоннеля, транспортирование на плаву секций к месту опускания, опускание секций под воду на проектную отметку и их стыкование, ликвидацию временных торцевых перегородок в секциях, устройство постоянной гидроизоляции и внутренних конструкций на участках стыкования, обратную засыпку котлована до уровня естественного дна водоема. Глубину котлована определяют в зависимости от проектного профиля тоннеля (на практике она не превышает 40 м от уровня воды) [3].
Способ «стена в грунте». Сущность этого способа состоит в том, что в грунте сначала возводят из монолитного бетона (железобетона) или сборных железобетонных элементов конструкции ограждающих стен подземного сооружения, а затем под их защитой разрабатывают грунтовое ядро, устраивают днище и строят внутренние конструкции. Обычно ограждающие стены выполняют роль и фундамента (опоры) подземного сооружения[2].
Т ехнологическая схема устройства «стены в грунте»:
1—устройство форшахты (укрепление верха траншеи);
2 — рытье траншеи на длину захватки;
3 — установка ограничителей (перемычек между захватками);
4 — монтаж арматурных каркасов;
5 —бетонирование на захватке методом вертикально перемещаемой трубы
Свайные стены возводят последовательным бурением и бетонированием свай. При этом работы ведут насухо в малоувлажненных устойчивых грунтах или с применением глинистого раствора в водонасыщенных неустойчивых грунтах.
Монолитные железобетонные стены при их возведении разбивают на захватки длиной 4. 6 м, которые отделяют друг от друга железобетонными сваями или инвентарной перегородкой. Затем грунт извлекают из этой захватки траншеи под слоем глинистого раствора, устанавливают арматурные каркасы и укладывают бетонную смесь методом ВПТ по аналогии с сооружением буронабивных свай. При бетонировании соблюдают очередность: сначала бетонируют четные, а затем нечетные захватки траншей, которые стыкуют между собой.
Для разработки траншей под защитой глинистого раствора применяют землеройные машины общего назначения (грейферы, драглайны, обратные лопаты), буровые станки вращательного и ударного бурения и специальные ковшовые и фрезерные установки.
Для снижения трудоемкости работ, выполняемых на строительной площадке по устройству ограждающих конструкций подземных сооружений способом «стена в грунте», начали использовать сборные железобетонные панели. Панели устанавливают в открытую траншею, соединяют их между собой и заполняют пазухи (застенные пространства) и полости под подошвой панели в направлении снизу вверх методом ВПТ тампонажными растворами, имеющими хорошую подвижность.
Так как все работы по устройству подземных сооружений методом «стена в грунте» являются скрытыми и их качество можно установить только после выемки грунта из котлована, по контролю за выполнением каждого процесса уделяют большое внимание.
В проекте сооружения требования по контролю качества должны включать проверку характеристик глинистого раствора, траншеи и зачистки дна перед установкой армо-каркасов и укладкой бетонной смеси или установкой сборных панелей, правильности установки ограничителей между захватками, которые должны удерживать бетонную смесь от попадания в смежную захватку.
Схема погружения опускного колодца
1 — козловой кран; 2 —бадья; 3 — лестница; 4 — вибропогружатель; 5 —насос; 6 — экскаватор; 7 — бульдозер [2]
При работе во влажных грунтах для стоянки экскаватора в котловане создают земляные островки или устраивают деревянный настил.
Во избежание неравномерной осадки сооружения грунт по периметру ножевой части разрабатывают вручную, затем с помощью экскаватора грузят в бадьи и также поднимают краном на поверхность.
При незначительном притоке грунтовых вод и отсутствии вблизи сооружений, чувствительных к осадкам, разработку грунта ведут с водоотливом.
При погружении сооружения в грунт необходимо следить за тем, чтобы его масса превышала силы бокового трения не менее чем на 25%. В ориентировочных расчетах удельную силу трения, принимают 10. 30 кН/м 2 в зависимости от характера грунта.
Преодоление таких значительных сил трения, затрудняющих опускание, а иногда» делающих его невозможным, достигается различными способами (утяжеление нижней части колодцев или использование массы предусмотренных проектом наземных сооружений над колодцем; вибрация, подмыв, устранение шероховатости наружной поверхности колодца за счет покрытия ее специальными составами). Для уменьшения сил трения между грунтом и опускным колодцем используют также тиксотропную рубашку. В этом случае ножевую часть колодца изготовляют на 5. 10 см шире толщины стены и в образовавшуюся полость между грунтом и наружной поверхностью сооружения нагнетают коллоидный (например, глинистый) раствор, образующий рубашку, снимающую силы трения по боковой поверхности колодца. Силы трения остаются только в пределах поверхности ножа, которая составляет около 10. 12% всей поверхности опускного колодца.
В процессе опускания колодца необходимо организовать постоянное геодезическое наблюдение за его вертикальностью и скоростью погружения. Когда в колодце обнаружено зависание в его верхней части, необходимо выбирать грунт у ножа отстающей стороны или размывать водой, подаваемой по трубам, установленным с внешней стороны стены.
После достижения ножом колодца проектной отметки бетонируют днище, изолирующее подземное помещение от грунтовых вод.
В колодцах, погружаемых с водоотливом, бетонную смесь укладывают на осушенное основание с принятием мер против омывания его фильтрующимися грунтовыми водами.
Когда грунт из колодца удаляют без водоотлива и его нижняя часть находится под слоем воды, бетонную смесь укладывают в плиту днища колодца методом подводного бетонирования. После достижения бетоном достаточной прочности воду из колодца откачивают, плиту покрывают водоизолирующей пленкой и пригружают ее слоем бетона.
Способ кессона применяют в сильнообводненных, крупнообломочных или скальных грунтах, когда нежелательны осадки расположенных вблизи сооружений или имеется опасность наплыва грунта в колодец. Последовательность производства кессонных работ заключается в том, что сначала сооружают кессонную камеру, на потолке которой монтируют шахтную трубу и шлюзовый аппарат. От компрессорной станции в камеру нагнетают сжатый воздух, вытесняющий из нее воду. Грунт в кессоне разрабатывают гидромеханическим способом или вручную. По мере погружения на потолочной части камеры возводят надкессонное строение.
Схема устройства кессона
а — для заглубленного здания; б — для фундамента глубокого заложения; 1 — шлюзовый аппарат; 2 — шахтная труба; Э — гидроизоляция; 4 — надкессоиное строение; 5 — кессонная камера; 6 — монолитный массив фундамента [2]
Атаев С.С., Данилов Н.Н., Прыкин Б.В. и др. «Технология строительного производства. Учебник для вузов» «Стройиздат», 1984
Насонов И.М., Федюкин В.А., Шуплик М.Н., Ресин В.В.. Технология строительства подземных сооружений ч.111, М.: Недра, 1992—351 с
Журнал «Стройся!» №23(23) от 30.12.2003г, рубрика «Изоляционные материалы.»