способ устройства ограждения бортов котлована в водонасыщенных грунтах

Формула изобретения

Способ устройства ограждения бортов котлована в водонасыщенных грунтах, включающий создание по периметру котлована по крайней мере одного ряда вертикальных несущих ограждающих элементов, отличающийся тем, что в пространстве между вертикальными несущими ограждающими элементами - трубами с наружной стороны ограждения производят искусственное замораживание грунта любым известным способом, при этом массивы замороженного грунта в межэлементном пространстве должны смыкаться между собой и с вертикальными несущими ограждающими элементами, причем искусственное замораживание грунта производят до начала выемки грунта из котлована и продолжают до окончания обратной засыпки котлована.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и касается устройства котлованов при сооружении заглубленных частей зданий.

Известен способ устройства ограждения при строительстве котлована путем искусственного замораживания грунтов в его бортах (Каспэ И.Б., Хабибуллин К.И. Высотное здание у Красных ворот. «Транспортное строительство» № 10, стр.27-30, М., 1997 г.). Этот способ обеспечивает полную устойчивость бортов и защиту котлована от притока грунтовых вод. Недостатком способа является необходимость замораживания значительных объемов грунта, так как образуемый при замораживании ледогрунтовый массив ограждения по расчетной схеме представляет собой гравитационную подпорную стену, для обеспечения устойчивости которой требуется достаточно большая ширина замораживаемого массива грунта, соизмеримая с величиной глубины котлована. Что ведет к удорожанию строительства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ выполнения ограждения (SU 1618843 А1, МПК E02D 29/00, опубликовано 07.01.1991), включающий создание по периметру котлована по крайней мере одного ряда вертикальных несущих ограждающих элементов (например, из металлических труб) и затем, по мере выемки грунта и углубления котлована, устанавливают горизонтальные опорные пояса, распорки между противоположными опорными поясами (при необходимости) и затяжки из деревянных досок (забирки). Устойчивость несущих элементов обеспечивается их заделкой в грунт ниже дна котлована и опиранием на балки опорных поясов. Недостатком наиболее близкого аналога является невозможность его применения при расположении уровня подземных вод выше дна котлована, так как многие грунты в водонасыщенном состоянии становятся неустойчивыми (илы, текучие супеси, текучие суглинки, пески (при невозможности водопонижения) и др.) и при их разработке неизбежно будут наплывать в котлован из-под ограждения, вызывая осадки расположенных за ограждением строений и делая невозможной установку элементов забирки (затяжек) и саму разработку. Кроме того, в данном способе установка между опорными элементами забирки (затяжек) в принципе невозможна ниже дна котлована, что создает опасность наплыва грунта и воды также и через дно котлована.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы полностью устранить наплывы грунта и воды в котлован при использовании ближайшего аналога изобретения.

Для решения этой задачи предлагается в известном способе, предусматривающем установку по крайней мере одного ряда вертикальных несущих ограждающих элементов (например, из металлических труб) по оси ограждения, произвести вместо установки затяжек (забирки) искусственное замораживание грунта в межэлементном пространстве (между смежными вертикальными несущими ограждающими элементами) с наружной стороны ограждения. Нагрузка от горизонтального давления грунта на ограждение передается на вертикальные несущие ограждающие элементы через массивы замороженного грунта и поэтому сечение, глубина и шаг установки опорных элементов должны быть рассчитаны на эту нагрузку. Устойчивость всей конструкции обеспечивается заглублением несущих элементов в грунт ниже дна котлована и их опиранием на горизонтальные элементы опорной системы. Замораживающие устройства устанавливаются в скважины, которые пробуриваются за контуром несущих элементов с наружной стороны ограждения. Шаг установки замораживающих колонок рассчитывают так, чтобы цилиндры из замораживаемого грунта, образующиеся вокруг замораживающих колонок, смыкались с соседними цилиндрами и с опорными элементами ограждения, образуя по наружному периметру ограждения сплошную ледогрунтовую завесу, которая будет передавать горизонтальное давление от грунта с наружной стороны на несущие вертикальные элементы и препятствовать проникновению грунтовых вод и грунта в котлован. Глубина замораживающих колонок назначается проектом в зависимости от конкретных гидрогеологических условий и для полного перекрытия поступления воды через дно котлована должна достигать и заделываться в кровлю водоупора. В обеспечении устойчивости ограждения ледогрунтовая завеса в данном случае не участвует, так как передает горизонтальное давление грунта на вертикальные несущие ограждающие элементы. Поэтому толщина ее не должна превысить шага установки несущих элементов (порядка 1 м). После окончания монтажа замораживающих колонок производится включение процесса активного замораживания грунта и создания массива замороженного грунта между несущими элементами. После образования ледогрунтовой завесы по всему периметру котлована производят выемку грунта и монтаж в ходе выемки элементов опорной системы. Установка элементов забирки при этом исключается, т.к. становится не нужной. Выключение замораживающих устройств производится после окончания всех работ в котловане и выполнения его обратной засыпки с уплотнением.

Технический результат предложенного решения позволяет создать устойчивую и полностью непроницаемую для воды и грунта конструкцию ограждения котлована.

На фиг.1 приведен фрагмент плана ограждения по изобретению, на фиг.2 - поперечный разрез ограждения по изобретению.

Заявленный способ устройства ограждения бортов котлована в водонасыщенных грунтах может быть осуществлен следующим образом.

По оси ограждения будущего котлована производят установку каким-либо известным методом вертикальных несущих ограждающих элементов 1 в грунтовом массиве 5, причем сечение, глубину и шаг установки элементов 1 рассчитывают с учетом необходимости восприятия нагрузки от горизонтального давления грунта на ограждение. Устойчивость всей конструкции обеспечивается заглублением несущих элементов 1 в грунт ниже дна котлована и их опиранием на опорные элементы 4. Затем за контуром несущих элементов 1 с наружной стороны ограждения производят бурение скважин и установку в них колонок для искусственного замораживания грунта в межэлементном пространстве. Шаг установки замораживающих колонок 2 рассчитывают так, чтобы цилиндры из замораживаемого грунта, образующиеся вокруг замораживающих колонок 2, смыкались с соседними цилиндрами и с элементами ограждения 1, образуя по наружному периметру ограждения сплошную ледогрунтовую завесу 3, которая будет передавать горизонтальное давление от грунта с наружной стороны на несущие вертикальные элементы 1 и препятствовать проникновению грунтовых вод и грунта в котлован. В обеспечении устойчивости ограждения ледогрунтовая завеса в данном случае не участвует, поэтому толщина ее не должна превысить шага установки несущих элементов 1 (порядка 1 м). Глубину замораживающих колонок 2 назначают в общем случае из необходимости достижения и заделки ледогрунтовой завесы в кровлю водоупорного слоя грунта. Производят включение процесса активного замораживания грунта и создания массива замороженного грунта 3 между несущими элементами 1. После образования ледогрунтовой завесы по всему периметру котлована производят выемку грунта и монтаж в ходе выемки элементов опорной системы 4. Установка элементов забирки при этом исключается, т.к. становится не нужной.