Специальные методы возведения инженерных сооружений

«Технология и механизация строительного  производства»

Тема № 12 Специальные методы возведения инженерных сооружений

1. Метод опускного колодца. 
 2. Метод щитовой проходки. 
 3. Метод «стена в грунте». 
 4. Бестраншейная прокладка трубопроводов. 
 5. Прокладка трубопроводов под водными преградами (дюкеры). 
 6. Надземная прокладка трубопроводов.

 

Дополнительная информация

1. Журнал  «Строительная техника и технологии», 2000, № 2, с. (6); 2004, № 2 с. 70 – 77.

2. И.В. Бородин. Технология и организация строительства водопроводных и канализационных сетей и сооружений. М., Стройиздат, 1972 г.

3. И.М. Монес. Строительство водопроводных и канализационных сетей и сооружений. М., Стройиздат, 1973 г.

4. Журнал «Строительная техника и технологии»:

- 2005, № 2 (36), с.58 - 63. «Стена в грунте»;

- 2006, № 2, с. 100. «Стена в грунте» «берлинского» типа».

5. С.В. Храменков, О.Г.  Примин, В.А. Орлов. Бестраншейные методы восстановления трубопроводов. М., изд-во Прима-Пресс, 2002, 283 с.

 

Плакаты

  Щитовая проходка

 

 

 

 

1. Метод опускного  колодца

Заглубленные помещения насосных станций, стволов шахт, водозаборов и пр. могут быть выполнены методом опускного колодца.

На поверхности земли возводят стены колодца, оборудованные ножевой частью, а затем внутри его разрабатывают грунт в направлении от центра к периметру стен. Под действием собственной тяжести колодец опускается.

 
 Опускные колодцы могут быть по форме:

  - круглые – до 42 м;

- прямоугольные;

- эллипсообразные (овальные).

 

 

Рис. Формы опускных колодцев (в  плане):  I - круглая;  II – прямоугольная;    III -  с закруглёнными боковыми стенками

 

По материалу исполнения опускные колодцы могут быть:

- бетонные (монолитные, сборные);

- железобетонные (монолитные, сборные);

- металлические;

- каменные;

- деревянные.

 
 По технологии опускания опускные колодцы могут выполняться:

- насухо;

- с водоотливом или искусственным понижением уровня грунтовых вод;

- с разработкой грунта под водой.

  Работу начинают с устройства основания под нож опускного колодца. Основание должно гарантировать надежное строго горизонтальное опирание ножа при возведении первого яруса стены. 

Высоту стен первого яруса назначают из условия допустимого удельного давления на грунт под ножевой частью (6 – 8 м).

 

 

Рис.  Подготовка основания под нож стенки:  1 -  нож колодца;  2 – деревянные подкладки;  3  –  банкетка ножа

 

Существуют основания различных  видов. Наиболее распространенный вид  — деревянные подкладки на песчаной подушке. Толщина подкладок около 20 см, длина 2...3,5 м.

Сам нож, чаще всего, выполняют  из монолитного железобетона в металлической  обойме.

При возведении стен первого и последующих ярусов используют монтажный механизм, который участвует в выемке грунта при опускании колодца.

При определённых геологических  и других условиях  может оказаться  целесообразной исходная установка  ножа опускного колодца на отметке ниже отметки естественного рельефа местности  (в котловане).

Погружение опускного  колодца наиболее сложный и отвественный процесс,  т.к.  необходимо обеспечить его строго вертикальное погружение под действием собственно силы тяжести.

При монолитном варианте опускного колодца бетонирование стен ведут по ярусам.

Высота яруса определяется из условий  допустимого удельного давления на грунт под ножевой частью. Практически  колодцы высотой до 10 м бетонируют в один ярус, более высокие —  в несколько ярусов при их высоте 6...8 м.

Укладку бетона очередного яруса производят после набора бетоном предыдущего  яруса прочности 1,2...1,5 МПа. 

 

 

Рис.  Схема бетонирования стены:  1 и 3 -  соответственно наружная и  внутренняя опалубки стены;  2 – приёмная воронка для бетонной смеси;  4 -  хобот для подачи бетонной смеси;  5 -  армокаркас;  6 -  щебень;  7 -  конструктивная опалубка

 

Устройство  стен из сборных железобетонных плоских  панелей длиной до 12 м, шириной 1,4...2 м и толщиной 0,4...0,8 м предусматривает создание специального основания, выполненного в предварительно отрытой траншее глубиной до 0,8 м.

Вначале бетонируют форшахту, затем отсыпают песчаную подушку (с послойным уплотнением), укладывают сборные плиты опорного кольца и устраивают щебеночное основание. После этого устанавливают стеновые панели, соединяя их между собой пластинами (на сварке), и бетонируют вертикальный стык.

При устройстве колодцев глубиной более 12 м стены наращивают такими же панелями, но без ножевой  части.

По окончании устройства стен приступают к погружению колодца под действием его собственной силы тяжести.

 

 

 

Рис.  Устройство основания  под нож стен, выполненных из сборных  панелей:  1 – нож;  2 – опорные  стойки;  3 – уплотнённый щебень;  4 – монтажные петли;  5 – опорное кольцо из сборных железобетонных блоков;  6 -  обратная песчаная засыпка;  7 – форшахта из бетона;  8 – разделительные доски

 

 

Непосредственно перед  погружением опускного колодца:

-   снимается опалубка (при монолитном варианте стен);

- выполняется гидроизоляция стен снаружи (торкретирование стен цемент-пушкой);

-   колодец снимается с временного основания (подкладок);

-   монтируется землеройное и другое оборудование.

 
 Снятие колодца с временного основания производится после достижения бетоном ножевой части первого яруса проектной прочности, а также последующих ярусов  -  70% этой прочности.

В зависимости от размеров колодца разработка грунта внутри может осуществляться землеройным механизмом, заранее установленным внутри (экскаватор обратная лопата), с подачей грунта наверх бадьями или грейферным экскаватором или вручную. Гидромеханизированный способ.

 

 

Рис.  Схема разработки грунта в колодце насухо:  1 – колодец;  2 – башенный кран;  3 , 4  -  экскаваторы (обратная и прямая лопата);  5 -  тиксотропная рубашка

 

Первоначально грунт  разрабатывается в центральной  части, оставляя вблизи ножа берму шириной 1 – 3 м.

Затем уточняются места  и размеры фиксированных зон  и убирается грунт бермы между  ними (послойно по 10 -15 см). Если после снятия слоя бермы между фиксированными зонами колодец не отпускается, то разрабатывается грунт фиксированных зон (равномерно уменьшается ширина каждой зоны).

 

 

Рис.  Схема расположения фиксированных зон:  1 – колодец;  2 – фиксированные зоны;  3 – берма;  4 – оси фиксированных зон

 

Пространство между  наружной поверхностью колодца и  грунтом заполняется по мере опускания  колодца тиксотропным раствором (бентонитовые глины).

В процессе погружения колодца  ведется систематический контроль его вертикальности (до и после каждой посадки). Отклонения чаще всего возникают на первоначальном этапе погружения и при обнаружении должны немедленно устраняться (способ "качаний", пригрузки и пр.) 
 Избежать появления кренов при погружении колодца можно, если вести принудительно-регулируемое погружение с применением анкерных свай и домкратов. Изменяя усилия различных домкратов, можно регулировать глубину вдавливания ножа по контуру, т. е. управлять процессом его погружения.

Технология устройства днища опускного колодца определяется конкретными геологическими условиями.

Опускные колодцы в  сильно обводненных грунтах могут  оборудоваться кессонной камерой. Грунт в кессонной камере разрабатывается  вручную с использованием отбойных молотков или средствами гидромеханизации.

 

 

Рис.  Устройство кессона:  1 – шлюзовой аппарат;  2 – гидроизоляция;  3 – надкессонное строение;  4 – кессонная камера

 

 

 

 

 

 

 

2. Метод щитовой проходки

В тех случаях, когда  прокладку коллектора нельзя осуществить открытым способом (плотная застройка, большое количество подземных коммуникации и пр.) или нецелесообразно его применение из-за значительного заглубления коллектора, применяют метод щитовой проходки. 

Проходческий  щит - это металлическая крепь, под защитой которой производится разработка грунта и устройство стенок коллектора.

Щит, как правило, цилиндрической формы диаметром до 5.2 м (щиты прямоугольной формы немеханизированные), оснащён роторным рабочим органом и ковшовым загрузчиком, подающим разрушенный грунт на транспортёр. Далее вагонетками грунт транспортируется до шахты, где поднимается на поверхность.

 

 

 

 

   

 

 
 

 

 

 

  

Порядок работы при щитовой  проходке:

 

1. Разработка ствола шахты, через  который спускается проходческий  щит, доставляются рабочие, поднимается  на поверхность грунт, подаются материалы отделки коллектора, обеспечивается вентиляция, водоотлив и пр. 
 Диаметр ствола шахты в 2 раза больше диаметра щита. Технология возведения ствола шахты зависит от конкретных условий: размеры проходческого щита, наличие грунтовых вод и пр.

2. Для установки щита в стволе  делается проём, а с противоположной стороны - упорная стенка. Отталкиваясь домкратами от упорной стенки, щит разрабатывает грунт и перемещается.

3. После входа хвостовой части  щита в тоннель начинается отделка тоннеля.

Отделка тоннеля диаметром более 2 м выполняется ж/б блоками или тюбингами. В пространство между наружной поверхностью отделки тоннеля и грунтом нагнетается цементный раствор (в два приёма, через 30 – 40 мин) с помощью растворонасосов.

Дальнейшее продвижение щита обеспечивается за счёт опирания домкратов в готовую отделку тоннеля.

Отделка тоннеля может быть выполнена из монолитного пресс-бетона.  В этом случае за хвостовой частью щита устанавливается металлическая опалубка (из 3-х сегментов). Через каждые 0,5 м с помощью пневмоподатчиков бетонируют по периметру пространство между опалубкой и хвостовой частью щита.  Усилием щитовых домкратов через пресс-кольцо, передвигающееся между опалубкой и оболочкой щита, производится прессование бетона.

После очередного цикла разработки грунта пресс-кольцо отводится в исходное положение, устанавливается следующий ряд опалубки и процесс повторяется.

Опалубку разбирают при достижении бетоном требуемой прочности.

 

 

 

  

 

3. Метод «стена в грунте»

Сущность метода «стена в грунте» состоит в том, что для фундаментов и стен заглубленных сооружений, возводимых в неустойчивых водонасыщенных грунтах или вблизи существующих застроек, траншею отрывают на полную глубину специально оборудованным механизмом (грейфером на жесткой штанге, штанговым экскаватором) под слоем глинистого тиксотропного раствора, гидростатическое давление которого предотвращает обрушение грунта и проникновение грунтовой воды в траншею.

Ширина траншеи может  быть 0,3 – 1 м, глубина до 18 м.

Фундаменты и стены могут быть в монолитном или сборном варианте.  По периметру сооружения (наружному и внутреннему) выполняется форшахта.

При монолитных фундаментах (стенах) траншею сооружения разбивают  на секции длиною до 5 м. На границах секций (по оси) бурят скважины, которые заполняют глинистым раствором. Грунт разрабатывают в

секциях через одну, постоянно  поддерживая уровень глинистого раствора на 10 - 20 см ниже облицовочной части траншеи (форшахты).

 

 

Перед заполнением секции траншеи бетоном:

- проверяют глубину траншеи;

- очищают её дно;

-устанавливают разделительные элементы в местах соприкосновения с неразработанными секциями (по торцам секций);

- устанавливают арматурные каркасы.

 

 

 

 

 

Бетонирование конструкций  ведется методом ВПТ (вертикально перемещающейся трубы).

Выжимаемый из траншеи глинистый  раствор подаётся насосом в сепаратор для повторного использования.

Когда бетон наберёт проектную прочность, по той же технологии разрабатываются промежуточные секции, поднимаются разделительные элементы и т.д.

 При сборном варианте  разработка траншеи ведется непрерывной  лентой. На дно траншеи подсыпается  слой щебня. Панели устанавливают  с помощью направляющих и опорных  рам и фиксируют кондукторами. Места установки панелей размечают на форшахте.