Производство земляных работ в производственных цехах путем механизированной разработки грунта

Возможность механизированной разработки грунта, а также выбор способа производства земляных работ диктуются существующими на объекте условиями и архитектурно-конструктивными решениями здания (размерами пролетов, высотой здания, шагом колонн и т. д.).

В то же время необходимо иметь в виду, что из-за стесненности и близкого расположения фундаментов существующих конструкций и оборудования, разработка грунта в котлованах и траншеях с углом естественного откоса не представляется возможной. Поэтому работы выполняют, как правило, в огражденной шпунтом выемке, что ограничивает использование различных типов машин и оборудования.

Крепления стенок котлованов и траншей подразделяют на деревянные, металлические, железобетонные и комбинированные.

По способу производства работ крепления могут быть забиваемые, вибропогружаемые, сборные, монолитные, а также устраиваемые способом торкретирования. Классифицируемые по указанному признаку крепления могут носить также комбинированный характер.

Шпунтовые сваи, а также стальные двутавровые балки при устройстве закладных креплений забивают с помощью копров, оборудованных паровоздушными молотами одиночного или двойного действия. Применяют также вибромолоты и дизель-молоты, которые работают по принципу двухтактного двигателя внутреннего сгорания, их используют преимущественно при забивке деревянных шпунтовых свай. Преимуществом дизель-молотов является незначительная собственная масса, что позволяет устанавливать их непосредственно на сваю или пакет свай. Дизель-молоты не требуют специального источника энергии, так как работают на жидком топливе - соляровом масле, нефти и т. п.

Вибромолоты основаны на принципе, сочетающем в себе механическую работу с высококачественным вибрированием, что позволяет значительно быстрее забивать шпунт.

Паровоздушные молоты из-за значительных габаритов и массы (до 8-10 тонн) требуют применения специальных копров, которые по своей конструкции очень громоздки и в условиях действующего цеха не всегда могут быть использованы.

Вибропогружатели применяют при устройстве шпунтовых стенок из металлических свай, которые легко передают на грунт вибрационные колебания от вибропогружателя. В результате этого резко уменьшается сопротивление грунта погружению сваи, которая в данных условиях погружается под действием собственной массы и массы вибропогружателя. Этот способ устройства шпунтовых креплений наиболее прост в исполнении и более механизирован по сравнению с другими способами, поэтому его сравнительно часто используют.

Наряду с этим он имеет значительное преимущество при производстве земляных работ в действующем цехе, что позволяет поднимать, устанавливать и снимать вибропогружатель отдельно и вместе со сваей с помощью мостовых кранов.

После закрепления вибропогружателя на шпунте его поднимают вместе со шпунтовой сваей и переводят в вертикальное положение. Затем поворотом стрелы крана вибропогружатель со шпунтом перемещают непосредственно к месту установки и заводят замок подготовленной к погружению сваи в замок ранее забитой. При этом шпунтовый ряд сооружают путем погружения каждой отдельной сваи на полную проектную глубину.

Скорость погружения металлического шпунта должна быть не менее 0,3 м/мин. Положение каждой погруженной шпунтовой сваи в плане проверяют по разметке, а вертикальность - по отвесу. Контрольные промеры положения стенки выполняют через каждые 10 - 15 забитых свай.

Сборные крепления применяют при устройстве неглубоких и нешироких котлованов и траншей. Сборные крепления собирают из заранее заготовленных щитов и распорок, которые устанавливают по мере разработки грунта. Щиты изготовляют из досок толщиной 25 - 39 мм, распорки - из брусков или подтоварняка. При уровне грунтовых вод, находящемся на отметке выше дна котлована, указанные крепления применять не рекомендуется.

Монолитные крепления устраивают по правилам производства данного вида работ. При этом методы бетонирования определяют отдельно для каждого конкретного случая и отражают в разрабатываемом ППР.

Устройство креплений методом торкретирования стенок выемки в последнее время внедряется в практику строительства. В какой-то мере метод торкретирования можно считать разновидностью монолитного способа устройства креплений.

Торкретируют с помощью цемент-пушки или бетон-шприц-машины. При этом подбор составляющих, их дозировка, транспортировка, определение расхода воды, воздуха и т. д. осуществляют так же, как и при торкретировании бетонных поверхностей. В то же время при укрепленйи этим методом стенок котлованов торкретный слой бетона служит не только защитой от проникания фильтрационной воды в котлован, но, в первую очередь, является несущей конструкцией, воспринимающей давление грунта.

Метод торкретирования эффективен при креплении стенок котлованов, устраиваемых в связных грунтах нормальной влажности. Его не рекомендуют применять при сооружении котлованов в песчаных грунтах или при сильном притоке грунтовых вод.

Между ограждением стен котлована и конструкцией оставляют зазор 15 - 20 см для размещения слоев гидроизоляции и защитной стенки, а также для компенсации возможных отклонений при забивке свай или шпунта. Увеличение зазора до 0,8 - 1 м обеспечивает высокое качество и целостность наружной гидроизоляции, но вызывает увеличение объемов земляных работ на 5 - 10 % из-за уширения котлована. В водонасыщенных грунтах с низкой степенью водоотдачи, когда нельзя искусственно понизить уровень грунтовых вод, устраивают сплошное шпунтовое ограждение или искусственно замораживают стенки котлована.

Если глубина котлована менее 3 - 4 м, свайное крепление его стенок может работать консольно, воспринимая боковое давление за счет заделки. При большей глубине котлована требуется дополнительное раскрепление свай. Для этого по сваям на расстоянии не менее 0,5 м от верха будущей конструкции подземного сооружения устанавливают продольные пояса-обвязку из двутавровых балок. В пояса упирают поперечные распорки-расстрелы, располагая их через 4 - 6 м вдоль оси котлована.

Для передачи нагрузки от свай на расстрелы между каждой сваей и балками обвязки устанавливают стальные клинья. При большой глубине котлована (более 10 м) и значительном боковом давлении грунта расстрелы устанавливают по высоте в несколько ярусов.

Возможна установка расстрелов и в пределах контура подземной конструкции. Так, иногда их устанавливают в нижней части котлована на расстоянии 30 - 40 см от его подошвы. После установки бетонной подготовки толщиной 15 - 20 см расстрелы снимают. Постановка расстрелов нижнего яруса значительно улучшает статическую работу сваи, но усложняет строительномонтажные работы в котловане.

Расстрелы чаще всего изготовляют из металла составного профиля (из двух швеллеров или четырех уголков, соединенных накладками на сварке). Применяют также трубчатые расстрелы диаметром 30 - 40 см и телескопические прямоугольного или трубчатого сечения.

Поперечное крепление котлованов с расстрелами имеет достаточную жесткость и обеспечивает многократное использование элементов крепи. Однако при ширине котлована более 15 - 20 м расстрелы получаются громоздкими и тяжелыми (масса одного расстрела может составлять 2 - 3 тонны и более). Поэтому в ряде случаев требуется установка диагональных связей в плоскости расстрелов, что вызывает дополнительные трудности при производстве работ.

В последнее время вместо системы крепления с расстрелами для удержания в проектном положении свай или шпунта применяют грунтовые анкеры, устраиваемые следующим образом. После разработки котлована до определенной отметки под заданным углом к горизонту забуривают скважины диаметром 20 - 30 см и глубиной 8 - 20 м, обеспечивая расположение данной части скважины за пределами возможной призмы обрушения. В скважины помещают анкерные оттяжки, закрепляя их по всей длине или только в нижней части скважины, а также на продольных поясах.

Устроенные таким образом анкеры армируют грунтовый массив и ограничивают его перемещение, обеспечивая тем самым устойчивость ограждения котлована. В подземном строительстве применяют как временные, так и постоянные анкеры, удерживающие элементы несущих конструкций.

Конструкции анкеров отличаются видом оттяжек, несущей способностью и способом закрепления в грунте. В качестве оттяжек, соединяющих заанкерованную в грунте часть с продольными поясами, применяют стальные трубы, стержни периодического профиля диаметром 18 - 40 мм, а также высокопрочную проволоку в виде пучков, прядей или канатов с пределом прочности на разрыв до 1800 МПа. Несущая способность анкеров со стержневыми оттяжками 150 - 500, с трубчатыми - 300 - 1500, а с проволочными - 500 - 2500 кН. По способу заделки анкера в грунт различают трубчатые ненапрягае-мые анкеры и предварительно напряженные инъекционные анкеры без уширения или с уширением. Трубчатые анкеры могут закрепляться по всей длине скважины или только в данной ее части, в последнем случае заделку анкеров в грунт выполняют в две стадии. Вначале в пробуренную скважину опускают трубу и нагнетают цементный раствор в зазор между трубой и стенками скважины. Затем через отверстия в нижней части трубы в зону анкеровки нагнетают раствор, который проникает в грунт, обеспечивая надежную заделку анкера.

Более универсальными являются буровые инъекционные анкеры, применяемые в различных грунтах, за исключением сильно сжимаемых, просадочных, текучих или набухающих, в которых невозможно обеспечить требуемую заделку.