§ 145. КОТЛОВАННЫЙ СПОСОБ

Крепление котлованов металлическими сваями. Наиболее распространено временное крепление вертикальных стен котлована металлическими сваями (рис. 524).

Крепление котлована
Рис. 524. Крепление котлована

Металлические сваи представляют собой двутавровые балки № 36—60, погружаемые вдоль котлована на расстоянии 0,9—1,2 м одна от другой. Профиль двутавровых балок зависит от ширины и глубины котлована и числа рядов распорок (расстрелов) между ними; наибольшее применение имеют двутавры № 40—55.

Ширину котлована принимают на 30—50 см больше ширины возводимого сооружения на случай отклонения свай при их забивке и для того, чтобы при выдергивании свай не повредить обделку тоннеля. При сборных обделках полное уширение котлована может доходить и до 2,2—2,4 м по условию устройства гидроизоляции.

Доски закладывают за полки двутавров по мере углубления котлована. Каждый последующий ряд досок подводят снизу, плотно прижигают к грунту при помощи клиньев, вгоняемых между доской и полками двутавров. Сваи распирают одним или двумя рядами расстрелов в зависимости от глубины котлована и интенсивности бокового давления. Для котлованов глубиной до 10 м, в которых может быть возведено подавляющее большинство сооружений мелко заложенной линии метрополитена, при благоприятных условиях может быть поставлен один ряд расстрелов. При глубине котлована 4—5 м возможно применение свай консольного типа.

В котлованах глубиной более 10 м ставят два ряда расстрелов. При этом нижний ряд съемных расстрелов устанавливают на высоте не менее 30 см от верха лотковой плиты, чтобы обеспечить возможность ее кладки или бетонирования; с этой же целью верхний ряд расстрелов устанавливают на высоте 50 см от верха перекрытия.

Расстрелы могут быть деревянные (из двух соединенных между собой бревен Ø 20—30 см) или металлические различных сечений: швеллерные состоящие из двух швеллеров №30 или 40 с накладками из листов через 0,8—1,2 м; трубчатые Ø 15—20 см или в редких случаях в виде сквозных ферм. Наибольшее применение имеют металлические расстрелы, употребляемые для котлованов шириной от 6 до 20 м.

В местах опирания расстрелов к сваям прикрепляют продольные пояса из швеллеров №24 или 26 для распределения усилий.

На одном или обоих концах расстрел имеет выдвижные части длиной 1,7 м из двух швеллеров, которые служат для раскрепления его на сваи посредством металлических клиньев и вкладышей.

Боковое давление грунта, воспринимаемое промежуточными сваями, передается на подкосы, имеющиеся по концам расстрелов (см. рис. 524).

Расстояние между расстрелами в продольном направлении составляет обычно от 3,6 до 4,5 м, но может быть увеличено до 6 и даже 10м при условии усиления продольных поясов.

Если ширина котлована превышает 20 м, можно применять дополнительные ряды свай и комбинированное крепление, состоящее из металлических и деревянных расстрелов (рис. 525).

Крепление широких котлованов
Рис. 525. Крепление широких котлованов

При сооружении тоннелей в котлованах обычно применяют следующий порядок производства работ. По длине сооружаемого участка по обеим сторонам котлована проходят разведочные траншеи шириной 0,8 м и глубиной 1,2 м. Назначение этих разведочных траншей заключается в уточнении расположения подземных городских коммуникаций и облегчении забивки свай, так как сваи забивают в грунт из этих траншей.

Сваи погружают до необходимой глубины, превышающей глубину котлована на 3—5 м, вибраторами или молотами, установленными на копрах, передвигающихся вдоль котлована по специально уложенным путям. Погружение свай на глубину 12—14 м ведет бригада из 4—5 чел. Производительность такой бригады — от 8 до 12 свай в смену. Если расчетная длина свай превышает стандартную, их выполняют сварными из нескольких стандартных секций.

Котлован глубиной до 10 м разрабатывают в два захода (рис. 526). Первую заходку делают на глубину не более 4 м с разработкой в средней части котлована траншеи глубиной 2,5 м для пропуска экскаватора под расстрелами (рис. 527). Грунт первой заходки разрабатывают драглайном. Вторую заходку до полной глубины котлована разрабатывают экскаватором (прямая лопата) или грейфером.

Схема производства земляных работ в котловане
Рис. 526. Схема производства земляных работ в котловане
Разработка грунта
Рис. 527. Разработка грунта (первый этап)

Наиболее целесообразно применять для разработки котлована экскаваторы универсального типа, которые можно использовать как механические лопаты, драглайны и краны.

При наличии воды применяют искусственное водопонижение.

Крепление стен котлована ведут одновременно с разработкой грунта. За полки двутавров заводят доски и расклинивают их. После разработки котлована до отметки расстрелов верхнего ряда устанавливают продольную связь между сваями в виде поясов из швеллеров. Затем краном опускают расстрелы, устанавливаемые на каждую третью сваю.

Для разработки грунта второй заходки делают съезд для автомашин с уклоном до 0,01 (см. рис. 526), по которому опускают экскаваторы и автомашины. Вслед за разработкой котлована сооружают обделку с одновременным выполнением гидроизоляционных работ.

Обделки из монолитного бетона или железобетона сооружают в три приема: сначала делают лоток, затем стены и перекрытие. Бетон подают краном в ковшах по деревянным лоткам или металлическому шарнирному желобу; при этом используют инвентарную подвижную опалубку. Элементы сборных обделок укладывают козловым или стреловым краном.

После сооружения тоннеля ведут обратную засыпку котлована грунтом, выдаваемым из котлована на головных участках.

Зазор между тоннелями и креплением котлована засыпают песком слоями 30—50 см; каждый слой поливают водой и утрамбовывают. Сваи вытаскивают приспособенным для этой цели самоходным краном.

Заключительной работой является планировка строительной площадки, снос временных сооружений и асфальтирование поверхности.

Крепление котлованов стальным шпунтовым ограждением целесообразно при сооружении тоннелей в водонасыщенных и не отдающих воду породах, имеющих в основании водоупорный слой. Расположение крупных зданий на призме обрушения также вызывает необходимость применения шпунтового ограждения, как более надежного против осадок зданий. Необходимая жесткость крепи обеспечивается постановкой дополнительных расстрелов.

Наиболее удачной конструкцией являются шпунты корытообразного профиля Ларсен III, IV и V со следующими характеристиками:

Профиль Ширина профиля, мм Высота профиля, мм Момент сопротивления, см3
III 400 290 1600
IV 410 360 2200
V 420 344 2962

Порядок производства работ при сооружении тоннелей мелкого заложения с применением стального шпунта остается таким же, как и при креплении котлована сваями. После сооружения тоннеля стальные шпунты выдергивают.

Крепление котлованов способом замораживания применяют в сложных геологических и гидрогеологических условиях при глубоком расположении водоупорного слоя и при замкнутых котлованах значительной площади, крепление стен которых сваями или шпунтами и расстрелами было бы слишком сложным. Искусственное замораживание грунта по контуру таких котлованов создает стены не только водонепроницаемые, но и воспринимающие активное давление грунта.

В котловане, освобожденном от временной крепи, создаются благоприятные условия для механизации выемки грунта и укладки бетона или готовых конструкций.

Анкерное крепление применяют в случаях разработки котлованов значительных размеров при возведении в них подземных вестибюлей или для сооружения перегонных тоннелей и станций метрополитенов. Сущность этого способа состоит в том, что обычную свайную крепь 1 котлованов заанкеривают в грунт за линией естественного откоса. Необходимость в установке расстрелов (рис. 528, а) отпадает. Наиболее целесообразно применение нагнетаемых железобетонных анкеров, обеспечивающих надежную связь их с несвязным грунтовым массивом (песок, гравий).

Конструкция и технология изготовления применяемых анкеров отличаются большим разнообразием. В качестве примера приведен анкер (рис. 528, б) в виде стержня 2 из высокопрочной стали диаметром 26—32 мм с резьбой на обоих концах для крепления к буровой коронке 4 и элементу ограждения котлована. По мере извлечения обсадной трубы d = 40÷60 мм, под защитой которой выполнялось бурение скважины, в образующееся пространство 3 нагнетают цементное молоко (В:Ц 0,4—0,6) с добавками пол давлением 30—40 кгс/см2.

Анкерное крепление котлованов
Рис. 528. Анкерное крепление котлованов

Усилие, воспринимаемое анкером длиной в 3—4 м, достигает 20—30 тс.

Остальную часть скважины заполняют цементным молоком под давлением 5 кгс/см2 для образования защитной оболочки 5 вокруг стержня анкера. Эту часть анкера иногда защищают от коррозии полиэтиленовой трубкой. Через головную часть 6 анкера усилие передается на ограждение котлована.

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены