ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ JET GROUTING В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СТЕН ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ - Маг. инж. Томаш Михальский
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
ПРИМЕНЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ JET
GROUTING В ЦЕЛЯХ
ОБЕСПЕЧЕНИЯ
УСТОЙЧИВОСТИ СТЕН
ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ
Маг. инж. Томаш Михальский
67-79Ru
www.kellerholding.com
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ JET GROUTING В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СТЕН ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ
Последние годы характерны интенсивным развитием коммерческого строительства в больших городах, особенно
в Варшаве. В 90-х годах в Варшаве построено десятки новых офисных центров о гостинниц. Все это было связано с
необходимостью устройства глубоких котлованов, устойчивость стен которых чаще всего достигалась устройством
пологих откосов, берлинской стенкой, ограждением из буровых свай либо «стеной в грунте».
При плотной застройке, все чаще возникают различные проблемы с устройством котлованов в непосредственной
близости с существующими зданиями. Выполнение в таких условиях «стены в грунте» или ограждений из буровых
свай связано с такими проблемами:
- рядом возле существующего здания работают тяжелые машины, что влияет на техническое состояние объекта,
а иногда работа становится невозможной из-за ограничения с подьездом тяжелых машин;
- необходимостью есть отступления на определенное расстояние от существующего здания (напр. в целях
устройства защитных стенок) беря в расчет, что минимальная толщина такой стенки может быть около 60 см.
Поэтому все большую популярность получает технология струйной инъекции ( jet grouting), которая дает
возможность обеспечить устойчивость стенок глубоких котлованов небольшими машинами и выполнения подхвата
фундаментов сушествующих зданий в такой способ,
что существует возможность строительства новых объектов в непосредственной близости без потерь полезных
площадей в подвалах.
В отличии от традиционной инъекции, струйная инъекция может быть с успехом применена не только
в сыпучих грунтах, но и в связаных. Касается это также слоистого основания, имеющего слои органики. Работы
по этой технологии были даже выполнены в легком песчаннике, а на территории Польши – в торфах и наносных
грунтах( Гданск, Бартошице), а также илах ( Варшава).
Метод Soilcrete (jet grouting) основывается
на устройстве под фундаментом здания каменной брылы (блока ) цементо-грунтовой, которая переносит
нагрузку на нижележащие слои основания. Выполнение этого блока заключается в бурении основания буром
на конце которого находится отверстие через которое под большим давлением (около 40 Мра) выходит струя
воды окруженная сжатым воздухом (Soilcrete-Т). Благодаря высокой энергии струи, грунт распушивается. Через
дополнительное отверстие, находящегося ниже водяного отверстия, одновременно подается цементный раствор
под давлением 1.5 Мра. Цементный раствор приводит к «окаменению» смеси цемента и грунта. Контролируя
движение буровой штанги (подъем и вращение), получаем необходимую форму
и область окаменения (напр. колонны полные и секторные с любым углом разворота). Этот метод обеспечивает
хорошую поддержку фундамента и гарантированный контакт на стыке низ основания фундамента- soilcrete.
Это до минимума ограничивает осадку получаемую при «передаче» нагрузки через новый фундамент.
В Варшаве выполнено несколько проектов
с использованием струйной инъекции. Она была принята по причине небольших затрат на доставку оборудования
(в сравнении напр. к «стены в грунте» ) или из-за экономии места в подвалах нового здания. Подхват фундаментов
был выполнен по ул. Ленборскей, Шасерув, Низинней, Хрубешовской.
Самый интересный проект по этой технологии был осуществлен при подхвате фундаментов гостинниц Полония
и Метрополь в Варшаве. Две гостинницы были основательно перестроены фирмой Штрабаг, а часть технических
помещений, таких как пожарный резервуар, склады, холодильники и кухня были помещены
в дополнительно построенных подвалах под существующим внутренним двориком. Дворик огражден со всех
Разрез котлована вдоль
здания гостинницы
Дом ул.
«МЕТРОПОЛЬ» Гостинница
Новогродска 38 « Плония»
4 этажа 2 этажа
+чердак
дворик
понижение
уровня пола
стальная распорка
Подхватывание фундаментов
колонами jet grouting
ограждение из колон
jet grouting
Рис. 1 Схема поперечного разреза котлована
2
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ JET GROUTING В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СТЕН ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ
Рис. 2 Инъекционные работы с использованием небольшой бурильной установки
Рис. 3 Обрубка фундаментных выступов и «технологических наростов» цементогрунта
3
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ JET GROUTING В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СТЕН ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ Рис. 4 Примеры поперечных разрезов подхватывающих брыл сторон высокими зданиями: с востока зданием гостинницы Метрополь, с севера гостинницей Полония, а с юга и запада – жилыми домами по ул. Познаньской 39 и Новогродзкей 40 ( рис.1). Дворик соеденен с улицей небольшим проходом шириной 3.50 м и высотой 3.40 м. Перед проектантами было поставленно трудное задание: как выполнить котлован глубиной 11.5 м, со всех четырех сторон окруженного высокими зданиями, без использования тяжелых машин из-за невозможности подъезда к месту работы ( рис.2 ). Дополнительной проблемой была необходимость максимально использовать площадь запроектированных подвалов. С самого начала проектных работ было принято единственное решение о использовании технологии jet grouting. Для выполнения работ достаточно было небольших машин, которые могли проехать во двор между гостинницами, а выполнение блоков из закаменнелого грунта под фундаментами соседних зданий давало хорошие возможности использования площадей. Рассматривая возможности увеличения подвалов было запроектированно обрубка выступов фундаментов со стороны котлована ( рис.3 ). В целях надежной защиты стенок котлована был запроектирован порядок устройства блоков из закаменнелого грунта. По контуру котлована выделено 9 характерных разрезов, в зависимости от нагрузок на фундамент, их ширины, глубины и наличия поперечных стен. Используя компьютерные программы типа UFA или UFANG, выполняя расчеты как для опорных стен, устанавливаем нужные геометрические размеры окаменнелого грунта под фундаментами (рис.4). Учитывая большие глубины( высоту подпорной стенки), необходимым оказался перенос горизонтальных сил с помощью дополнительных конструкций. Предложено было использование распорок, подпорок или грунтовых анкеров; решение было принято на использование стальных распорок ( рис. 5 и 6 ). Рабочий проект на предохранение стен котлована, выполнен по просьбе компании Штрабаг фирмой Келлер Польша, получил позитивную оценку от Института Строительной Техники в Варшаве, что было условием для получения разрешения на строительство. Следующим шагом было выполнение проекта в котором определенны такие элементы: а) запроектированно точный порядок выполнения и размещения блоков под стенами, б) определены точные технологические параметры инъекции, в) разработан график работ, вместе с определением очередности выполнения каждой секции, г) в каждом из 9-ти характерных разрезов запроектированно определенное размещение колон. Всего запроектированно и выполнено более 2200м инъекции. Использованно более 1600тн цемента. Вся работа была выполнена с декабря 2002г до февраля 2003г., при неблагоприятных погодных условиях. Работы по подхвату фундаментов начались в декабре 2002г. В процессе работ по инъекции на каждом из этапов проводились обширные контрольные испытания. К основным требованиям принадлежат нижеуказанные испытания. 4
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ JET GROUTING В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СТЕН ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ
Подошва фундамента -2.15м
Подвл дома по
ул Новогродскей 38
Уровень пола -2.71м Новогродска 40
подошва фундамента -3.15м
Уровень пола -1.20м
Подошва фундамента -4.60 м
Подошва фундамента -3.15м
«Метрополь»
Гостинница
Познаньска 38
Уровень пола -1.65
Уровень пола -1.20м Подошва фундамента -3.80м
Гостинница
«Полония»
Рис. 5 План котлована вместе с размещением распорок
Рис. 6 Глубокий котлован; видимые стальные распорки
5
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ JET GROUTING В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СТЕН ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ Рис. 7 Контроль прилегания подхватывающих брыл к низу существующих фундаментов а. Во время приготовления цементного раствора контролировали его плотность при помощи ареометра или лабораторных весов и посуды определенной емкости. Раствор допускался в работу только после достижения плотности 1.75 г/см3. Каждый день инженер контролировал записи оператора растворной станции касающиеся колличества приготовленного и перекачанного раствора для очередных колон. Определенно, что колличество закачанного раствора в каждом случае соответствовало проектным даным ( т.е. 615 кг. цемента на 1 пм. колонны диаметром 1000мм.). б. Во время инъекции, из выходящего вокруг буровой штанги отверстия раствора, берут пробы для испытания на прочность. В общем взято 12 серий проб ( при норме 10 ). Испытания проб проводят по истечении от 7 до 28 дней. Решение о начале работ по выемке грута и глубине копания котлована принимается на основании удовлетворительных результатов испытаний проб цементогрунта на прочность. Полученная прочность после 28 дней више 7 Мра была значительно выше проектной 2.8 Мра. в. Испытано с помощью пенетрометра скорость схватывания цементогрунта с использованием портландцемента и шлакопортландцемента. Результаты испытаний показали, что в даных грунтовых условиях первая инъекция каждой второй секции должна быть выполнена с использованием портландцемента. С учетом организационных причин и низких температур заполнение секций выполнено с использованием портландцемента CEM I 32,5. г. Во время работ 17 раз проводились замеры выполненных колонн с помощью специального замерочного приспособления. Замеры пробной колонны, выполненной 3 декабря 2002г. перед инъекционными работами и в отдалении от зданий показали, что достигнуто диаметр колонны 1.05 м на глубине 29.59 м ниже уровня «0» Вислы – в слое песков. После раскопки пробной колонны Р 1 определен ее диаметр равный 115см в слое песков. Измерение диаметров колонн выполненных под фундаментами показали, что мы достигли нужных величин и это разрешило дальнейшее проведение работ согласно проекта. Под каждой стеной выполнено минимально 2 замера. д. Во время инъекционных работ Генподрядчик проводил геодезические замеры осадки стен и зданий. Результаты были переданы инспектору по надзору и служили основанием для оценки выполненных работ, а также для оценки состояния безапасности стен соседних домов примыкающих к котловану. е. Перед началом земляных работ по устройству котлована, из открытых 6 шурфов было выполнено визуальный 6
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ JET GROUTING В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СТЕН ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ
контроль фундаментных стен из цементогрунтовых брыл. Подтвержденно, что подпирание стен выполненно
правильно в соответствии с проектом. После подтверждения правильности выполнения подхвата (получение
нужных диаметров колонн, достижения цементогрунтом требуемой прочности, подтверждения правильности
подхвата через открытые шурфы; (рис.7) приступили к земляным работам по устройству котлована. На первом
этапе выборка грунта была выполнена до глубины 6м. На уровне -5.5 м заложен ряд стальных распорок,
принимающих на себя горизонтальные силы. (рис. 5 и6 ).
После установки распорок и их предварительному напряжению, приступаем к дальнейшему углублению.
Промежуточная глубина, достигающая 8.9 м была выполнена в июне 2003г. С уровня дна котлована выполенно
дополнительный ряд колонн обеспечивающий локальное углубление до глубины -11.5 м (рис.1 ). Этот ряд выполнен
из вертикальных колонн jet grouting диаметром 80 см, армированных двутавром №30.
Как во время инъекционных работ, так и во время земляных работ по устройству котлована, проводились
геодезические наблюдения. Результаты измерений представленны на (рис.8). Подтверждено, что осадка была
небольшой и достигала 2-3 мм. Немного большие результаты получили горизонтальные перемещения. Реперы были
установлены на нескольких высотах и размещены по длинне на всех четырех стенах ( по углах и средине стен ).
Рузультаты замеров четко показали, что горизонтальные перемещения были связаны с глубиной котлована
и местонахождением репера. Подтверждена выразительная тенденция увеличения горизонтальных перемещений
с увеличением глубины котлована. Также местонахождение измерительного пункта имело сильное влияние
на результаты измерения перемещений. Значительно большие перемещения наблюдались на реперах
размещенных по средине стены ( рис.8 реперы №2 и 5 ), которые возникают из-за отсутствия в этих местах
2
Перемещение репера 1
февраль 2003
январь 2003
апрель 2003
август 2003
июнь 2003
июль 2003
март 2003
май 2003
12,5
Перемещение репера [mm]
10
7,5
5
3
2,5
Этапы разработки котлована [m]
2
4 4
3
0 0
1 2
-2 1. котлован
2. репер на отметке -2.5
-4 3. репер на отметке -1.0
4. вертикальное перемещение
-6
-8
1
-10
Перемещение репера 2
февраль 2003
январь 2003
апрель 2003
август 2003
июнь 2003
июль 2003
март 2003
май 2003
12,5
Перемещение репера [mm]
3 10
2 7,5
5
2,5
Этапы разработки котлована [m]
4
3 2 4
0 0
1
-2 1. котлован
2. репер на отметке -2.5
-4 3. репер на отметке -1.0
4. вертикальное перемещение
-6
-8
1
-10
7
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ JET GROUTING В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СТЕН ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ
Перемещение репера 5
февраль 2003
январь 2003
апрель 2003
август 2003
июнь 2003
июль 2003
март 2003
май 2003
12,5
Перемещение репера [mm]
10
3
7,5
5
2,5
Этапы разработки котлована [m]
3 2
1 4
0 0
2
4
-2 1. котлован
2. репер на отметке -2.5
3. репер на отметке -1.0
-4
4. вертикальное перемещение
-6
-8
1
-10
Перемещение репера 8
февраль 2003
январь 2003
апрель 2003
август 2003
июнь 2003
июль 2003
март 2003
май 2003
12,5
Перемещение репера [mm]
10
7,5
5
2,5
Этапы разработки котлована [m]
2
1 3
3 2
0 0
4
-2
4
1. котлован
-4
2. репер на отметке -2.5
3. репер на отметке -1.0
-6 4. вертикальное перемещение
-8
1
-10
Рис. 8 Примеры премещений реперов
элементов жесткости т.е. поперечных стен. Полное горизонтальное перемещение, определенное по реперах,
было около 10мм. Напртив измерительные пункты, находящиеся по углам котлована (№1 и 8), еле переместились
на 3-4мм. Нужно обратить внимание на то , что измерянные горизонтальные перемещения с большой точностью
соответствуют перемещениям, каких можно было ожидать на основании случаев описанных
в заграничной технической литературе. В рекомендациях Немецкого Геотехнического Общества, касающихся
строительных котлованов, говорится о возможности появления горизонтальных здвигов стенок котлована
отвечающим 1 промили высоты стены. В нашем случае максимальная глубина котлована достигает 11.5м, что давало
вероятность ожидать горизонтальных перемещений 11мм, и в последствии было подтвержденно геодезическими
измерениями.
Одновременно с работами по подхвату фундаментов зданий соседствующих с глубоким котлованом
проводились работы внутри гостинницы Полония. Ввиду необходимости выполнения в подвалах коммуникаций,
а именно вентиляции, шахты для лифта, возникла потребность углубления подвала от 1 до 2 метров. В этом случае
тоже было принято решение на использование струйной инъекции. Под всеми несучими стенами гостинницы
запроектировано и выполнено колонны диаметром 100см, обеспечивающих перенос нагрузок из открытых
фундаментов на нижнии слои грунта. Сваи выполнено при помощи небольшой бурильной установки типа КВ 1,
называемой подвальной мышей. Эта машина способна продуктивно работать в помещениях высотой 2.2м
и проезжать сквозь двери шириной 80см. (рис. 9).
8ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ JET GROUTING В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СТЕН ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ
Рис. 9 Работы по инъектированию в подвалах гостинницы
Кроме больших логистических трудностей связанных с установкой стационарных механизмов и оборудования
в стесненных условиях центра Варшавы, доставкой цемента и вывоз отработки, неблагоприятных для этой работы
погодных условий (температура до -200 С ) и прежде всего тем, что работы такого рода, в таком объеме и в таком
трудном месте в Польше были выполнены в первый раз. Задание было выполнено срочно и согласно с пожеланиями
Заказчика. Полученные результаты подтверждают, что подхват фундаментов по технологии Soilcrete есть одним из
эфективных способов предохранения стен глубоких котлованов, особенно в центрах больших городов.
9Вы также можете почитать
