способ возведения подземных сооружений в зоне городской застройки

Формула изобретения

Способ возведения подземных сооружений в зоне городской застройки, включающий устройство в грунте геотехнического барьера между фундаментом существующего здания и возводимым подземным сооружением с заделкой его на расчетную глубину, возведение стен и днища подземного сооружения, отличающийся тем, что геотехнический барьер устраивают путем образования щели на расчетную глубину его заделки на пути распространения волны изменения напряженно-деформированного состояния грунта, в которую помещают плоскую пневмокамеру и закачивают сжатый воздух до получения давления, соответствующего начальному напряженно-деформированному состоянию грунта, а в процессе возведения подземного сооружения при изменении напряженно-деформированного состояния грунта производят подкачку сжатого воздуха до восстановления начального давления, причем после завершения возведения подземного сооружения в пневмокамеру подают твердеющий раствор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и касается возведения заглубленных сооружений.

Известны способы защиты зданий и сооружений от влияния подземных горных выработок [1], заключающиеся в том, что на расстоянии от фундамента разрабатывают траншею и заполняют ее податливым материалом, который воспринимает горизонтальные деформации земной поверхности.

Недостаток данного способа заключается в том, что горизонтальные деформации, возникающие при устройстве самой компенсационной траншеи, могут привести к дополнительным осадкам фундаментов.

Известен способ устройства шпунтового ограждения из металлического шпунта [2]. Металлический шпунт имеет длину, равную глубине подземного сооружения.

Недостатком данного способа является то, что он предотвращает миграцию грунта из-под существующего здания в сторону подземной выработки, однако, поскольку шпунт является гибкой конструкций, не препятствует изменению напряженно-деформированного состояния грунта основания.

Известно пневмоустройство для регулирования положения зданий, сооружений, возводимых на неустойчивых грунтах. Пневмоустройство заложено горизонтально в компенсирующей осадку засыпке. При изменении давления рабочей среды в пневмоустройстве происходит перераспределение грунта [3].

Недостатком способов использования этого устройства является то, что они обеспечивают компенсацию осадки фундаментов здания, но не позволяют сократить начальное напряженно-деформированное состояние грунта основания при строительстве подземных сооружений.

Наиболее близким к предлагаемому является способ возведения подземных сооружений в зоне городской застройки, включающий устройство в грунте геотехнического барьера в виде разделительного ограждения между фундаментом существующего здания и возводимым подземным сооружением с заделкой его на расчетную глубину, возведение стен и днища подземного сооружения [4]. Устройство в грунте разделительного ограждения осуществляют путем рыхления вокруг возводимого сооружения грунта и задавливания шпунтового ограждения с последующим устройством глинистой завесы из глинистого раствора. После чего приступают к возведению стен подземного сооружения.

Недостатком этого способа является трудоемкость и невозможность обеспечения предотвращения изменения напряженно-деформированного состояния грунта под фундаментом существующего здания, что может привести к осадке фундамента больше допустимых значений [5].

Техническая задача заключается в снижении трудоемкости и предотвращении изменения напряженно-деформированного состояния грунта под фундаментом существующего здания в период возведения рядом с ним подземного сооружения.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе возведения подземных сооружений в зоне городской застройки, включающем устройство в грунте геотехнического барьера между фундаментом существующего здания и возводимым подземным сооружением с заделкой его на расчетную глубину, возведение стен и днища подземного сооружения, согласно изобретению геотехнический барьер устраивают путем образования щели на расчетную глубину его заделки на пути распространения волны изменения напряженно-деформированного состояния грунта, в которую помещают плоскую пневмокамеру и закачивают сжатый воздух до получения давления, соответствующего начальному напряженно-деформированному состоянию, а в процессе возведения подземного сооружения при изменении напряженно-деформированного состояния грунта производят подкачку сжатого воздуха до восстановления начального давления, причем после завершения возведения подземного сооружения в пневмокамеру подают твердеющий раствор.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что геотехнический барьер устраивают путем образования щели на расчетную глубину его заделки на пути распространения волны изменения напряженно-деформированного состояния грунта, в которую помещают плоскую пневмокамеру и закачивают сжатый воздух до получения давления, соответствующего начальному напряженно-деформированному состоянию, а в процессе возведения подземного сооружения при изменении напряженно-деформированного состояния грунта производят подкачку сжатого воздуха до восстановления начального давления, причем после завершения возведения подземного сооружения в пневмокамеру подают твердеющий раствор.

Предлагаемый способ позволяет поддерживать начальное напряженно-деформированное состояние грунта в зоне фундамента существующего здания в процессе возведения подземного сооружения, что дает возможность снизить вертикальные и горизонтальные перемещения фундаментов до предельно допустимых значений [5], при снижении трудоемкости работ по устройству геотехнического барьера.

Способ поясняется чертежом.

На фиг.1 представлена схема расположения подземного сооружения;

фиг.2 - схема образования геотехнического барьера.

Между основанием фундамента 1 существующего здания и подземным сооружением 2 в грунте на пути распространения волны изменения напряженно-деформированного состояния грунта устраивают геотехнический барьер в виде пневмокамеры 3, размещенной в предварительно образованной в грунте щели.

Щель в грунте образуют следующим образом (фиг.2). На расстоянии, выходящем за пределы габаритов фундамента существующего здания, бурят в грунте скважины 4, в которые устанавливают штанги 5 с блоками 6. Через блоки 6 пропущен режущий трос 7, который с помощью механизма 8 натягивается и, перемещаясь в грунте, прорезает щель.

После установки в щель пневмокамеры 3 в нее закачивается сжатый воздух, создавая обжатие массива грунта до достижения давления, соответствующего начальному напряженно-деформированному состоянию. Далее, в процессе производства строительных работ, например по эксковации грунта из котлована подземного сооружения, производят подкачку воздуха для поддержания начального напряженного состояния грунта. Контроль за изменением напряженно-деформированного состояния грунта производят с помощью системы датчиков давления, предварительно заложенных в грунт. После завершения строительства подземного сооружения сжатый воздух заменяют твердеющим раствором, например цементным раствором.

Пример.

На расстоянии 2,5-3,0 м от 5-этажного жилого дома возводят подземный пешеходный переход глубиной заложения 5 м.

Ограждение котлована под пешеходный переход выполняют из одного ряда трубозавинчивающихся свай диаметром 219×8 мм, длиной 8 м, с шагом 1 м.

В соответствии с расчетами дополнительная осадка фундамента по оси 1 со стороны подземного пешеходного перехода составляет 3,0 см, по оси 2 2,3 см, при относительной неравномерности осадок 0,0011, что превышает предельно допустимые величины (предельная максимальная осадка 2,0 см, относительная разность осадок 0,0007).

Вдоль фундамента здания в грунте на уровне на 1 м ниже подошвы фундамента устанавливают датчики давления с шагом 3 м.

Между фундаментом здания и котлованом устанавливают вертикальный геотехнический барьер. Длина и высота геотехнического барьера выбирается на основе численного моделирования методом конечных элементов. Длина геотехнического барьера должна выходить за пределы здания на 4 м, а высота на 1 м ниже уровня дна котлована подземного сооружения. Бурят в грунте две скважины диаметром 200 мм. В скважины устанавливают штанги 5 с блоками 6. Через блоки б пропускают режущий трос 7 диаметром 15 мм. Трос перемещается с помощью лебедки 8 и образует в грунте вертикальную щель. Затем с помощью троса 7 в щель опускают пневмокамеру 3. Конструкция пневмокамеры состоит из отдельных вертикальных секций шириной 1 м и длиной, равной высоте геотехнического барьера.

В пневмокамеру закачивают сжатый воздух до достижения давления, равного боковому давлению грунта, определяемому по формуле:

Р_б=h,

где - удельный вес грунта; h - высота геотехнического барьера; - коэффициент бокового давления.

Р_б=18×6×0,4=43,2 кН/м² или 0,5 кг/см².

В процессе строительства котлована под подземный переход производят автоматическое поддержание начального давления.

После окончания строительства сжатый воздух из пневмокамеры удаляют и закачивают цементный раствор.

Использование этого способа позволяет сохранить начальное напряженного-деформированное состояние грунта основания здания и тем самым предотвратить его дополнительные осадки.

Источники информации

1. Рекомендации по проектированию мероприятий для защиты эксплуатируемых зданий и сооружений от влияния горных выработок в основных угольных бассейнах. - Л.: Стройиздат, 1967, с.34.

2. Б.И.Далматов. Механика грунтов, основания и фундаменты. - Л.: Стройиздат. – 1988. С.200.

3. SU Патент №378029, кл. E 02 D 35/00, БИ №18, 17.04.1973.

4. Патент РФ №2042013, кл. E 02 D 29/045, БИ №23, от 20.08.95 /прототип/.

5. Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции / Правительство Москвы, Москомархитектура, - 1998.