Стена в грунте
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении новых и реконструкции существующих заглубленных в грунт и подземных сооружений. Стена в грунте выполнена по высоте составной из верхней и нижней частей. Новым является то, что верхняя часть стены выполнена состоящей из омоноличенных армирующих металлических и/или железобетонных элементов высотой, соответствующей высоте верхней части стены, по крайней мере часть которых имеет в своем составе по крайней мере один вертикальный канал, высотой не меньшей высоты верхней части стены, диаметр которого определен некоторой зависимостью, причем сборные армирующие металлические и/или железобетонные элементы снабжены продольными металлическими листами, образующими с внутренней стороны стены участки ее листовой арматуры, непрерывной по длине стены, а нижняя часть стены выполнена из грунта, укрепленного твердеющим материалом через вертикальные каналы сборных элементов верхней части стены нагнетанием в грунте раствора твердеющего материала, через образующиеся в процессе нагнетания полости. Приведены варианты выполнения верхней и нижней частей стены. Технический результат, обеспечиваемый изобретением состоит в снижении материалоемкости и трудозатрат. 13 з.п.ф-лы, 13 ил.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении новых и реконструкции существующих заглубленных в грунт и подземных сооружений.
Известны различные конструкции стен, заглубленных в грунт и подземных сооружений, возводимых с использованием метода “стена в грунте”, в том числе предусматривающих использование таких конструкций при ограждении котлованов при строительстве подземных сооружений (см., например, RU 2046883 C1, 27.10.1995, RU 2056475 C1, 20.03.1996).
Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому результату является стена в грунте подземного сооружения, выполненная по высоте составной из верхней и нижней частей, причем верхняя часть выполнена из сборных элементов, а нижняя - в виде противофильтрационной завесы-стенки (например, Хейфец В.Б., Сборные несущие стенки в грунте. Энергетическое строительство за рубежом, 1974, №3, с.22-25).
Недостатком известной конструкции является большая материалоемкость и трудоемкость возведения и недостаточная надежность при строительстве сооружений в обводненных грунтах вследствие затруднений при заделке стыков сборных элементов, недостаточная устойчивость в условиях, когда глубина заделки стены лимитирована местными условиями.
Задачей настоящего изобретения является сокращение затрат материалов на стену в грунте при одновременном повышении технологичности изготовления и надежности ее работы в обводненных грунтах и в условиях, когда глубина стены лимитирована местными условиями.
Задача решается за счет того, что в стене в грунте, выполненной по высоте составной из верхней и нижней частей, согласно изобретению верхняя часть выполнена из омоноличенных сборных армирующих металлических и/или железобетонных элементов высотой, соответствующей высоте верхней части стены, по крайней мере часть которых имеет в своем составе по крайней мере один вертикальный канал высотой, не меньшей высоты верхней части стены, диаметр которого определен зависимостью:
D=(0.08-0.38)S,
где D - внутренний диаметр канала, м;
S - ширина верхней части стены, м;
причем сборные армирующие металлические и/или железобетонные элементы снабжены продольными металлическими листами, образующими с внутренней стороны стены участки ее листовой арматуры, непрерывной по длине стены, а нижняя часть стены выполнена из грунта, укрепленного твердеющим материалом через вертикальные каналы элементов верхней части стены нагнетанием в грунт раствора твердеющего материала через образующиеся в грунте в процессе нагнетания полости.
При этом армирующий железобетонный элемент высотой, соответствующей высоте верхней части стены, может быть выполнен в виде бетонного тела шириной, соответствующей ширине стены, с продольными, предпочтительно криволинейными, пазами на торцевых гранях и расположенной ярусами поперечной пересекающейся арматурой, присоединенной к продольным металлическим листам, а вертикальный канал расположен в пространстве, ограниченном поперечной арматурой.
Армирующий железобетонный элемент высотой, соответствующей высоте верхней части стены, может быть выполнен в виде призматического железобетонного бруса шириной, меньшей ширины верхней части стены, расположен у удаленной от листовой арматуры грани стены и присоединен к ней расположенными ярусами по высоте верхней части стены соединительными элементами, причем вертикальный канал или каналы расположены в теле бруса между соединительными элементами.
Армирующий металлический элемент высотой, соответствующей высоте верхней части стены, может быть выполнен из образующей вертикальный канал трубы, которая расположена у удаленной от листовой арматуры грани стены и присоединена к ней расположенными ярусами по высоте верхней части стены соединительными элементами в виде стальных пластин.
Нижняя часть стены может быть выполнена в виде системы плоских панелей из твердеющего материала, заполняющего образованные в грунте в процессе нагнетания твердеющего материала полости, причем панели расположены в плане под углом к продольной оси стены, нечетные панели выполнены параллельными друг другу, а четные панели объединяют противоположно направленные концевые участки смежных нечетных панелей и также выполнены параллельными друг другу, а вертикальные каналы в сборных армирующих элементах верхней части стены расположены в плане соосно серединам панелей.
Нижняя часть стены может быть выполнена в виде системы плоских панелей из твердеющего материала, заполняющего образованные в грунте в процессе нагнетания твердеющего материала полости, причем панели расположены в плане с образованием примыкающих друг к другу под углом лучей, общие вершины пар которых, удаленные от грани стены, имеющей в верхней части листовую арматуру, размещены соосно вертикальным каналам сборных армирующих элементов верхней части стены, через которые они образованы.
Нижняя часть стены может быть выполнена в виде расположенных параллельно продольной оси стены примыкающих друг к другу концевыми участками плоских панелей из твердеющего материала, заполняющего образованные в процессе нагнетания твердеющего материала полости, причем каждый вертикальный канал сборного армирующего элемента верхней части стены расположен в середине соответствующей ему панели, образованной через него.
Нижняя часть стены может быть выполнена в виде расположенных по одной прямой, параллельной продольной оси стены, примыкающих друг к другу чередующихся плоских панелей и цилиндрических секций из грунта, закрепленного твердеющим материалом, причем вертикальные каналы сборных элементов расположены по центру соответствующих им плоских панелей и цилиндрических секций, образованных через них.
Нижняя часть стены может быть выполнена заведенной нижним концом в водоупор с образованием ею противофильтрационной завесы в грунте.
Нижняя часть стены может быть выполнена в виде образующей контрфорс системы плоских поперечных вертикальных панелей из твердеющего материала, заполняющего образованные в процессе нагнетания твердеющего материала полости, причем вертикальные каналы в сборных армирующих элементах верхней части стены расположены соосно концевым участкам панелей, удаленным от грани верхней части стены, имеющей листовую арматуру.
Нижняя часть стены может быть выполнена в виде системы грунтобетонных колонн, соосных в плане вертикальным каналам в сборных армирующих элементах верхней части стены, через которые они образованы.
В качестве твердеющего материала нижней части стены использован водоцементный раствор с добавкой глинопорошка.
Верхняя и нижняя части стены могут быть объединены между собой дополнительными вертикальными объединяющими элементами, каждый из которых заведен верхним концом в соответствующий вертикальный канал соответствующего сборного армирующего элемента верхней части стены и замоноличен в нем, а нижний заведен в нижнюю часть стены.
Дополнительные вертикальные объединяющие элементы могут иметь высоту, равную высоте стены в грунте, быть снабжены в пределах верхней части стены наружными оболочками, исключающими сцепление со сборным армирующим элементом при омоноличивании, выполнены с предварительным напряжением и заанкерены на верхнем торце соответствующего сборного армирующего элемента верхней части стены.
Технический результат, обеспечиваемый приведенной совокупностью существенных признаков, состоит в снижении материалоемкости и трудозатрат при возведении строящихся вновь или реконструируемых заглубленных в грунт или подземных сооружений, в том числе возводимых в обводненных грунтах, при одновременном повышении надежности и технологичности возведения разработанной в изобретении комбинированной конструкции, части которой, будучи связаны как конструктивно, так и технологически, совместно воспринимают воздействия грунтового массива и нагрузок от элементов сооружения, для которого она предназначена.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображена стена, поперечный разрез,
на фиг.2 - вид по А-А на фиг.1, вариант выполнения армирующего железобетонного элемента верхней части стены в виде бетонного тела шириной, соответствующей ширине стены,
на фиг.3 - то же, вид по С-С на фиг.2,
на фиг.4 - вид по А-А на фиг.1, вариант выполнения армирующего железобетонного элемента верхней части стены в виде железобетонного бруса шириной, меньшей ширины верхней части стены,
на фиг.5 - то же, вид по D-D на фиг.4,
на фиг.6 - вид А-А по фиг.1, вариант выполнения армирующего металлического элемента верхней части стены из образующей вертикальный канал трубы,
на фиг.7 - то же, вид по Е-Е на фиг.6,
на фиг.8 - нижняя часть стены в плане, вариант выполнения нижней части стены в виде системы плоских панелей из грунта, закрепленного твердеющим материалом, расположенных в плане под углом к продольной оси стены,
на фиг.9 - то же, вариант выполнения нижней части стены с образованием примыкающих друг к другу лучей из грунта, закрепленного твердеющим материалом,
на фиг.10 - то же, вариант выполнения нижней части стены в виде системы плоских панелей из грунта, закрепленного твердеющим материалом, параллельных продольной оси стены,
на фиг.11 - то же, вариант выполнения нижней части стены в виде расположенных по одной прямой, параллельной продольной оси стены, примыкающих друг к другу чередующихся плоских панелей и цилиндрических секций из грунта, закрепленного твердеющим материалом,
на фиг.12 - то же, вариант выполнения нижней части стены в виде системы плоских панелей из грунта, закрепленного твердеющим материалом, расположенных перпендикулярно продольной оси стены,
на фиг.13 - то же, вариант выполнения нижней части стены в виде отдельных цилиндрических секций.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - верхняя железобетонная часть стены,
2 - нижняя часть стены из грунта, закрепленного твердеющим материалом,
3 - металлические листы, образующие листовую арматуру,
4 - вертикальный канал,
5 - соединительные элементы,
6 - дополнительный объединяющий элемент,
7 - сборный армирующий металлический элемент в виде трубы, образующей вертикальный канал,
8 - соединительные элементы в виде стальных пластин,
9 - армирующий железобетонный элемент в виде призматического железобетонного бруса,
10 - вертикальный канал в призматическом брусе,
11 - армирующий железобетонный элемент в виде бетонного тела шириной, соответствующей ширине стены,
12 - продольный криволинейный паз,
13 - поперечная пересекающаяся арматура,
14 - продольная арматура,
15, 16 - плоские панели из грунта, закрепленного твердеющим материалом,
17 - продольная ось стены,
18 - ориентированный луч,
19 - контрфорс,
20 - цилиндрическая секция,
21 - центр панели,
22 - завеса,
23 - наружные оболочки,
24 - грунтобетонные колонны.
Стена заглубленного в грунт подземного сооружения (на чертежах не показано) выполнена составной из верхней 1 и нижней 2 частей. Верхняя часть 1 стены состоит из омоноличенных сборных армирующих металлических 7 и/или железобетонных 9, 11 элементов высотой, соответствующей высоте верхней части 1 стены, по крайней мере часть которых имеет в своем составе по крайней мере один вертикальный канал 4, высотой не меньшей высоты верхней части стены, диаметр которого определен зависимостью:
D=(0.08-0.38)S,
где D - внутренний диаметр канала, м;
S - ширина верхней части стены, м.
Сборные армирующие металлические 7 и/или железобетонные 9, 11 элементы снабжены продольными металлическими листами 3, образующими с внутренней стороны стены участки ее листовой арматуры, непрерывной по длине стены. Нижняя 2 часть стены выполнена из грунта, укрепленного твердеющим материалом через вертикальные каналы 4 элементов 7, 9, 11 верхней части стены нагнетанием в грунт раствора твердеющего материала через образующиеся в грунте в процессе нагнетания полости.
Армирующий железобетонный элемент 11 верхней 1 части стены может быть выполнен в виде бетонного тела шириной, соответствующей ширине стены, с продольными, предпочтительно криволинейными, пазами 12 на торцевых гранях и снабжен расположенной ярусами поперечной пересекающейся арматурой 13, присоединенной к продольным металлическим листам 3, а вертикальный канал 4 расположен в пространстве, ограниченном поперечной арматурой 13 (фиг.2, 3).
Армирующий железобетонный элемент 9 верхней части 1 стены может быть выполнен в виде призматического железобетонного бруса 10 шириной меньше ширины верхней части 1 стены, который расположен у удаленной от листовой арматуры 3 грани стены и присоединен к ней расположенными ярусами по высоте верхней части стены соединительными элементами 5, причем вертикальный канал 4 (или каналы) расположен (или расположены) в пространстве между соединительными элементами 5 (фиг.4, 5).
Армирующий металлический элемент 7 верхней части 1 стены может быть выполнен из образующей вертикальный канал 4 трубы, которая расположена у удаленной от листовой арматуры 3 грани стены и присоединена к ней расположенными ярусами по высоте верхней части 1 стены соединительными элементами в виде стальных пластин 8 (фиг.6, 7).
Нижняя часть 2 стены может быть выполнена в виде системы плоских панелей 15, 16 из твердеющего материала, заполняющего образованные в грунте в процессе нагнетания твердеющего материала полости, причем панели 15, 16 расположены в плане под углом к продольной оси стены, нечетные панели 15 выполнены параллельными друг другу, а четные 16 панели объединяют противоположно направленные концевые участки смежных нечетных 15 панелей и также выполнены параллельными друг другу, а вертикальные каналы 4 в сборных армирующих элементах верхней 1 части стены расположены в плане соосно серединам панелей 15, 16 (фиг.8).
Нижняя 2 часть стены может быть выполнена в виде системы плоских панелей из твердеющего материала, заполняющего образованные в грунте в процессе нагнетания твердеющего материала полости, причем панели расположены в плане с образованием примыкающих друг к другу под углом лучей 18, общие вершины пар которых, удаленные от грани стены, имеющей в верхней части листовую арматуру 3, размещены соосно вертикальным каналам 4 сборных армирующих элементов 7, 9, 11 верхней части стены, через которые они образованы (фиг.9).
Нижняя 2 часть стены может быть выполнена в виде расположенных параллельно продольной оси 17 стены примыкающих друг к другу концевыми участками плоских панелей 21 из твердеющего материала, заполняющего образованные в процессе нагнетания твердеющего материала полости, причем каждый вертикальный канал 4 сборного армирующего элемента 7, 9, 11 верхней части 1 стены расположен в середине соответствующей ему панели 21, образованной через него (фиг.10).
Нижняя часть 2 стены может быть выполнена в виде расположенных по одной прямой, параллельной продольной оси 17 стены, примыкающих друг к другу чередующихся плоских панелей 21 и цилиндрических секций 20 из грунта, закрепленного твердеющим материалом, причем вертикальные каналы 4 сборных армирующих элементов 7, 9, 11 расположены по центру соответствующих им плоских панелей 21 и цилиндрических секций 20, образованных через них (фиг.11).
Нижняя 2 часть стены может быть выполнена заведенной нижним концом в водоупор с образованием ею противофильтрационной завесы 22 в грунте.
Нижняя 2 часть стены может быть выполнена в виде образующей контрфорс 19 системы плоских поперечных вертикальных панелей 15 из твердеющего материала, заполняющего образованные в процессе нагнетания твердеющего материала полости, причем вертикальные каналы 4 в сборных армирующих элементах 7, 9, 11 верхней части стены расположены соосно концевым участкам панелей 15, удаленным от грани верхней части стены, имеющих листовую арматуру 3 (фиг.12).
. Нижняя 2 часть стены может быть выполнена в виде системы грунтобетонных колонн 24, соосных в плане вертикальным каналам 4 в сборных армирующих элементах 7, 9, 11 верхней части стены, через которые они образованы (фиг.13). В качестве твердеющего материала нижней части стены использован водоцементный раствор с добавкой глинопорошка.
Верхняя 1 и нижняя 2 части стены могут быть объединены между собой дополнительными вертикальными объединяющими элементами 6, каждый из которых заведен верхним концом в соответствующий вертикальный канал 4 соответствующего сборного армирующего элемента 7, 9, 11 верхней части 1 стены и замоноличен в нем, а нижний заведен в нижнюю 2 часть стены.
Дополнительные вертикальные объединяющие элементы 6 могут иметь высоту, равную высоте стены в грунте, быть снабжены в пределах верхней части 1 стены наружными оболочками, исключающими сцепление со сборным армирующим элементом 7, 9, 11 при омоноличивании, выполнены с предварительным напряжением и заанкерены на верхнем торце соответствующего сборного армирующего элемента 7, 9, 11 верхней части 1 стены.
Стену возводят следующим образом. Вначале в траншею, закрепленную бентонитовой суспензией или буровую скважину, опускают сборный элемент верхней части стены, затем его омоноличивают, например, используя вертикально перемещающуюся трубу, через которую подают твердеющую смесь. После этого через каналы в сборном элементе бурят скважину в нижней части стены, опускают в нее монитор для струйной цементации и выполняют панели или секции нижней части стены, которые могут быть доведены до водоупора. На заключительном этапе между верхней и нижней частями стены могут быть установлены дополнительные объединяющие элементы.
Закрепление грунта в нижней части стены может обеспечить противофильтрационную защиту котлована и увеличение сопротивления грунта, в который заделана верхняя часть стены. При этом глубина верхней (наиболее дорогой) части стены может быть уменьшена, а затраты на стену в целом снижены, при обеспечении требуемой устойчивости и противофильтрационных характеристик.
1. Стена в грунте, выполненная по высоте составной из верхней и нижней частей, отличающаяся тем, что верхняя часть стены выполнена из омоноличенных сборных армирующих металлических и/или железобетонных элементов высотой, соответствующей высоте верхней части стены, по крайней мере часть которых имеет в своем составе по крайней мере один вертикальный канал высотой, не меньшей высоты верхней части стены, диаметр которого определен зависимостью
D=(0.08-0.38)S
где D - внутренний диаметр канала, м;
S - ширина верхней части стены, м;
причем сборные армирующие металлические и/или железобетонные элементы снабжены продольными металлическими листами, образующими с внутренней стороны стены участки ее листовой арматуры, непрерывной по длине стены, а нижняя часть стены выполнена из грунта, укрепленного твердеющим материалом через вертикальные каналы элементов верхней части стены нагнетанием в грунт раствора твердеющего материала через образующиеся в грунте в процессе нагнетания полости.
2. Стена в грунте по п.1, отличающаяся тем, что армирующий железобетонный элемент высотой, соответствующей высоте верхней части стены, выполнен в виде бетонного тела шириной, соответствующей ширине стены, с продольными, предпочтительно криволинейными, пазами на торцевых гранях и расположенной ярусами поперечной пересекающейся арматурой, присоединенной к продольным металлическим листам, а вертикальный канал расположен в пространстве, ограниченном поперечной арматурой.
3. Стена в грунте по п.1, отличающаяся тем, что армирующий железобетонный элемент высотой, соответствующей высоте верхней части стены, выполнен в виде призматического железобетонного бруса шириной, меньшей ширины верхней части стены, расположен у удаленной от листовой арматуры грани стены и присоединен к ней расположенными ярусами по высоте верхней части стены соединительными элементами, причем вертикальный канал или каналы расположены в теле бруса между соединительными элементами.
4. Стена в грунте сооружения по п.1, отличающаяся тем, что армирующий металлический элемент высотой, соответствующей высоте верхней части стены, выполнен из образующей вертикальный канал трубы, которая расположена у удаленной от листовой арматуры грани стены и присоединена к ней расположенными ярусами по высоте верхней части стены соединительными элементами в виде стальных пластин.
5. Стена в грунте по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что нижняя часть стены выполнена в виде системы плоских панелей из твердеющего материала, заполняющего образованные в грунте в процессе нагнетания твердеющего материала полости, причем панели расположены в плане под углом к продольной оси стены, нечетные панели выполнены параллельными друг другу, а четные панели объединяют противоположно направленные концевые участки смежных нечетных панелей и также выполнены параллельными друг другу, а вертикальные каналы в сборных армирующих элементах верхней части стены расположены в плане соосно серединам панелей.
6. Стена в грунте по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что нижняя часть стены выполнена в виде системы плоских панелей из твердеющего материала, заполняющего образованные в грунте в процессе нагнетания твердеющего материала полости, причем панели расположены в плане с образованием примыкающих друг к другу под углом лучей, общие вершины пар которых, удаленные от грани стены, имеющей в верхней части листовую арматуру, размещены соосно вертикальным каналам сборных армирующих элементов верхней части стены, через которые они образованы.
7. Стена в грунте по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что нижняя часть стены выполнена в виде расположенных параллельно продольной оси стены примыкающих друг к другу концевыми участками плоских панелей из твердеющего материала, заполняющего образованные в процессе нагнетания твердеющего материала полости, причем каждый вертикальный канал сборного армирующего элемента верхней части стены расположен в середине соответствующей ему панели, образованной через него.
8. Стена в грунте по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что нижняя часть стены выполнена в виде расположенных по одной прямой, параллельной продольной оси стены, примыкающих друг к другу чередующихся плоских панелей и цилиндрических секций из грунта, закрепленного твердеющим материалом, причем вертикальные каналы сборных армирующих элементов расположены по центру соответствующих им плоских панелей и цилиндрических секций, образованных через них.
9. Стена в грунте по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что нижняя часть стены выполнена заведенной нижним концом в водоупор с образованием ею противофильтрационной завесы в грунте.
10. Стена в грунте по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что нижняя часть стены выполнена в виде образующей контрфорс системы плоских поперечных вертикальных панелей из твердеющего материала, заполняющего образованные в процессе нагнетания твердеющего материала полости, причем вертикальные каналы в сборных армирующих элементах верхней части стены расположены соосно концевым участкам панелей, удаленным от грани верхней части стены, имеющей листовую арматуру.
11. Стена в грунте по пп.1-4, отличающаяся тем, что нижняя часть стены выполнена в виде системы грунтобетонных колонн, соосных в плане вертикальным каналам в сборных армирующих элементах верхней части стены, через которые они образованы.
12. Стена в грунте по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что в качестве твердеющего материала нижней части стены использован водоцементный раствор с добавкой глинопорошка.
13. Стена в грунте по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что верхняя и нижняя части стены объединены между собой дополнительными вертикальными объединяющими элементами, каждый из которых заведен верхним концом в соответствующий вертикальный канал соответствующего сборного армирующего элемента верхней части стены и замоноличен в нем, а нижний заведен в нижнюю часть стены.
14. Стена в грунте по п.13, отличающаяся тем, что дополнительные вертикальные объединяющие элементы имеют высоту, равную высоте стены в грунте, снабжены в пределах верхней части стены наружными оболочками, исключающими сцепление со сборным армирующим элементом при омоноличивании, выполнены с предварительным напряжением и заанкерены на верхнем торце соответствующего сборного армирующего элемента верхней части стены.
