книги / Подземное строительство

образного топлива форсунка для его сжигания устанавливается в верхней части передвижной камеры сгорания непосредственно под нижней регулируемой раздвижной диафрагмой.

Грунты обжигают в виде отдельных грунтостолбов под фундаменты колонн промышленных цехов или гражданских зданий, а в некоторых случаях производят обжиг грунтового массива в основании всего здания. В этом случае грунтостолбы размещают таким образом, чтобы обожженные упрочненные зоны соприкасались между собой.

Контроль процесса термического закрепления сводится к определению количества тепла, которое прошло через скважину в окружающий грунт. После окончания работ отбирают образцы закрепленного грунта на различном расстоянии от скважины и испытывают их в лабораторных условиях. При термическом закреплении массива в виде отдельных термосвай рекомендуется проведение опытного закрепления с испытанием термосвай статической нагрузкой. При сплошном обжиге грунтов в основании, когда грунтостолбы соприкасаются друг с другом, испытывают обожженный массив штампами площадью не менее 10 000 см2.

Метод предварительного замораживания грунтов применяется при откопке котлованов, опускных колодцев, проходе шахтных стволов и тоннелей в водонасыщенных плывунных грунтах. К достоинствам метода относятся: полное устранение водопритока и исключение опасности прорыва плывунов; к недостаткам – трудность разработки мерзлого грунта, высокая стоимостьзамораживания, отрицательная температура в забое.

Для охлаждения и замораживания грунта пробуриваются скважины, которые оборудуются замораживающими колонками. По питающей трубе диаметром 25–50 мм в колонку подается охлаждающий раствор. Поднимаясь по внешней трубе диаметром 100–114 мм, он отнимает теплоту у грунта. В качестве охлаждающего раствора чаще всего применяется водный раствор (рассол) хлористого кальция с плотностью 1,23– 1,25 г/см3, температура замерзания которого равна –28–35 °С.

Рассол выполняет функцию переносчика холода: в замораживающих скважинах он отнимает тепло у грунта, а на замораживающей станции отдает тепло, охлаждаясь сам. Получение низких температур на замораживающих станциях основано на принципах испарения кипящих при низкой температуре жидкостей – хладоагентов (аммиак, углекислота, фреоны). На холодильных установках в качестве хладоагентов чаще всего используется аммиак. Переход аммиака в газооб-

151

разное состояние (испарение) происходит в испарителе. Тепло для испарения аммиак получает от рассола. Из испарителя пары аммиака всасываются компрессором при температуре –25 °С и давлении 0,155 МПа. Сжатый горячий газообразный аммиак поступает в конденсатор, где охлаждается водой до +15–20 °С и переходит в жидкое состояние. Из конденсатора под давлением 0,8–1,0 МПа аммиак направляется к испарителю, на входе которого стоит дроссель для понижения давления с 0,8–1,2 до 0,155 МПа. Аммиак закипает, температура его падает и цикл повторяется. Вторым замкнутым циклом на холодильных установках является движение рассола. Из замораживающих скважин рассол поступает нагретым на 3–5 °С.

Третьим замкнутым циклом на холодильной установке является движение воды для охлаждения. Отнимая тепло у горячего аммиака в конденсаторе, она охлаждается в гpадирне или водоеме.

Для нормального протекания процесса замораживании грунта холодопроизводительность установки должна быть порядка 250 ккал/ч на каждый квадратный метр площади боковой поверхности замораживающих колонок. Таким образом, для 100 колонок глубиной по 20 м необходимая хладопроизводительность составляет:

Q = πdl 100 250 = 3,14 0,1 20 100 250 = 157 000 ккалч. (4.1)

Серийно выпускаемые замораживающие установки (рис. 4.42) имеют производительность от 60 до 400 тыс. ккал/ч. Радиальная скорость нарастания ледогрунтового цилиндра вокруг скважин составляет в среднем в песках ~2,5 см/сут, в глинах ~1–1,5 см/сут. Замораживающие скважины располагают на расстоянии друг от друга 0,9–1,2 м; таким образом, теоретически за 20–30 дней образуется сплошная, водонепроницаемая, прочная ледопородная стена. Практически промораживание ведут не менее двух месяцев. После этого холодопроизводительность может быть снижена до 30–40 % от первоначальной; этого достаточно для поддержания грунта в замороженном состоянии.

В интервале температур от –10 до –20 °С предел прочности льда на сжатие составляет 2,0–4,0 МПа, глины – 7–15 МПа. При расчетах ледогрунтовых стенок на прочность величина расчетного сопротивления принимается ~25 % от предела прочности (табл. 4.3), так как льдистые грунты при напряжениях свыше этого уровня проявляют значительную ползучесть.

152

где Dв – внутренний диаметр ледопородной стенки, м; R – расчетное сопротивление на сжатие мерзлого грунта, МПа; р – суммарное расчетное давление воды и грунта на ледопородную стенку на уровне дна котлована, МПа.

В мировой практике существует богатый арсенал различных химических реагентов, способных закрепить грунт основания на достаточно длительный период. К достоинствам химических способов относятся: высокая степень механизации всех операций; возможность упрочнения грунтов до заданных проектом параметров в их естественном залегании; сравнительно малая трудоемкость, резкое сокращение ручного неквалифицированного труда по откопке траншей, а также сравнительно невысокая стоимость исходных материалов (возможность использования отходов производства) (рис. 4.43). В начале 60-х гг. для улучшения

Рис. 4.43. Инъецирование грунтового массива методом цементации

свойств грунтов основания широко использовался кубовый остаток – отход производства кремнийорганических соединений (этилсиликат натрия). Были укреплены грунты в основании фундаментов здания тяговой подстанции трамвая в г. Усолье-Сибирское Иркутской области. Деформации этого относительно легкого здания произошли из-за неравномерных поднятий силами морозного пучения и соответствующих просадок при оттаи-

154

вании расструктуренного грунта. Фундаменты имели заглубление 1,2 м от планировочной отметки при промерзании грунтов в этом регионе до 2,7– 3,0 м. С использованием этилсиликата натрия были стабилизированы аварийные осадки двух складских неотапливаемых построек и одного жилого здания на морозоопасных и просадочных грунтах.

4.8. Анкеры в грунте

Анкеры представляют собой устройства, служащие для передачи выдергивающих усилий от строительных конструкций на грунтовую толщу. Применение анкеров для поддержания шпунтовых и тонких бетонных стен допускается во всех грунтах за исключением глинистых текучей и текучепластичной консистенции торфов, илов (рис. 4.44).

Рис. 4.44. ЗакреплениеоткосовнасыпиавтодорогиМилан– Неаполь (Италия) посредством устройства грунтовых анкеров

Наиболее распространенные конструкции анкеров изображены на рис. 4.45. Грунтовые анкеры применяют в промышленном, гражданском, транспортном и гидротехническом строительстве. Их используют для закрепления ограждений котлованов, стен подземных сооружений, опускных колодцев, откосов и склонов, фундаментов дымовых труб, мачт и башен и т.д.

Широкое использование анкеров объясняется исключительно положительным эффектом их применения. Так, при устройстве глубоких котлованов применение анкеров позволяет не только сделать ограждающую конструкцию более легкой, но и вести строительные работы рядом с существующими сооружениями, не опасаясь развития в них

155

чрезмерных деформаций. Кроме того, применение анкеров позволяет полностью освободить внутреннее пространство котлована от распорок и стоек, тем самым значительно упростив и ускорив производство строительных работ.

Рис. 4.45. Применение анкерных устройств: а – крепление котлована; б – крепление днища и стенок дока или шлюза; в, г – восприятие выдергивающих сил в фундаментах дымовых труб и мачт ЛЭП; д – крепление откоса; е – усиление подпорной стенки; ж – крепление свода подземного перехода; з – противодействие взвешивающему давлению грунтовой воды на тоннели; и – восприятие опрокидывающего

момента от перекрытия ангара

156

Анкеры препятствуют всплытию заглубленных сооружений, что позволяет делать их более легкими. Крепление анкерами днищ сооружений, заглубленных ниже уровня подземных вод, уменьшает изгибающие моменты, что дает возможность сократить расход материалов. Применение анкеров для восприятия опрокидывающего момента в фундаментах дымовых труб, опор линий электропередачи и т.д. позволяет не только улучшить устойчивость сооружения, но и уменьшить его массу и размеры.

Эффективно также применение анкеров при креплении оползневых склонов, сооружении подпорных стенок, обделке подземных сооружений и во многих других случаях.

Анкеры можно использовать в различных грунтах, за исключением набухающих, просадочных и сильносжимаемых грунтов, илов, торфов и глин текучей консистенции.

Конструкции анкеров и технология их устройства. Конструкция анкера зависит от вида возводимого сооружения, его назначения и срока службы, геологических и гидрогеологических условий строительной площадки и ряда других факторов.

По сроку службы анкеры подразделяют на временные и постоянные. Временные анкеры устраивают на срок выполнения строительномонтажных работ или для крепления временных сооружений, таких как шпунтовые стенки при отрывке глубоких котлованов. Постоянные анкеры являются составной частью конструкции и устраиваются на весь срок службы капитального сооружения. Постоянные анкеры отличаются от временных усиленной антикоррозионной защитой.

По схеме взаимодействия с грунтом анкеры разделяют на наземные и заглубленные. Наземные (гравитационные) анкеры применяют главным образом как временные. Конструкции их довольно разнообразны. Простейшая из них представляет железобетонную плиту с гладкой подошвой. Плита укладывается на спланированную поверхность грунта или в небольшое углубление. Лучший эффект достигается, когда поверхность подошвы плиты имеет шипы ступенчатой формы. Наземные анкеры как бы выполняют функции тяжелого якоря.

Заглубленные анкеры находятся внутри массива и работают за счет сопротивления грунта. Конструктивно заглубленный анкер состоит из трех основных частей: оголовка, анкерной тяги и анкерной заделки. Оголовок воспринимает усилие от конструкции, которую крепит анкер, анкерный тяж передает это усилие на безопасное расстояние в толщу грунта, анкерная заделка обеспечивает дальнейшую передачу усилия с

157

тяги на окружающий грунт (рис. 4.46). В зависимости от способа устройства заделки заглубленные анкеры бывают засыпными, буровыми, инъекционными, забивными, завинчивающимися и т.д. Наиболее прогрессивными и надежными считаются инъекционные предварительно напряженные анкеры.

Рис. 4.46. Инъекционный анкер: 1 – головка; 2 – анкеруемая конструкция; 3 – скважина; 4 – анкерная тяга; 5 – пакер; 6 – зона инъекцированного грунта (корень); 7 – состав для защиты тяги от коррозии

Анкер передает усилие на анкерную плиту 2. Несущий элемент цилиндрического анкера 4 погружается в скважину, заполненную песчаноцементной смесью либо скважина заполняется смесью после погружения в нее несущего элемента. При устройстве инъекционного анкера после погружения в скважину несущего элемента нижняя часть скважины перекрывается пробкой (пакером 5), и затем под давлением подается песчаноцементный раствор, иногда в два приема: сначала под давлением 0,3– 0,5 МПа, а позднее под давлением 2–3 МПа. Вокруг донной части скважины создается зона уплотненного и пропитанного цементом грунта 6, благодарячему анкер приобретает повышенную несущую способность.

Скважины для анкеров пробуриваются или пробиваются ударными механизмами (рис. 4.47, 4.48). В качестве несущего элемента применяются сплошные металлические стержни, трубы и тросы.

Постоянные анкеры должны иметь антикоррозийную защиту. Для подачи инъекционного раствора в буровую полость к анкерной тяге прикрепляют инъекционные трубки. Если анкерной тягой служит металлическая труба, то ее используют для подачи твердеющего раствора

158

в скважину, для чего в зоне заделки труба имеет отверстия для выпуска раствора в грунт. Подъему раствора из зоны заделки вверх по скважине препятствует особое устройство – пакер. На рис 4.49 представлен элемент инъекционного анкера в грунте.

Рис. 4.47. Последовательность технологических процессов при устройстве анкеров в пробитых скважинах: а – бурение скважины; б – погружение анкера; в – нагнетание раствора;

г – натяжение анкера и блокировка

Рис. 4.48. Технология устройства анкера с инъекционной трубой: а – бурение скважины; б – погружение манжетной трубы; в – установка инъектора и нагнетание раствора; д, е – инъекция раствора; ж – блокировка анкера

Бетонируемый участок анкера должен находиться в безусловно устойчивой части массива грунта за пределами призмы активного давления. Небетонируемый участок скважины заполняется песком или грунтом.

Предварительное натяжение анкеров производят для предотвращения или максимального ограничения перемещении анкеруемой конструкции. Натяжение обычно осуществляют с помощью домкратов.

159