способ строительства многоэтажных подземных сооружений в сложных инженерно-геологических условиях

Формула изобретения

Способ строительства многоэтажных подземных сооружений в слабых водонасыщенных грунтах в районах существующей застройки, включающий устройство вертикальных стен, устройство междуэтажных перекрытий и последующее удаление грунта из котлована, отличающийся тем, что положение вертикальных стен надежно фиксируется в нижней их части бетонной диафрагмой, уложенной на дно котлована без выемки грунта; в верхней части вертикальные стены фиксируются распределительными балками, уложенными на грунтовое основание на отметке верхнего перекрытия сооружения по внешнему контуру котлована, и рамой, уложенной по внешнему контуру котлована на грунтовое основание также на отметке верхнего перекрытия; распределительные балки, в свою очередь, поддерживаются системой горизонтальных продольных и поперечных балок, которые монтируются на уровне перекрытия, после чего грунтовая масса удаляется из котлована до отметки перекрытия нижерасположенного этажа; на уровне нижерасположенного этажа также производятся аналогичные технологические операции по устройству распределительных балок и системы продольных и поперечных балок, поддерживающих распределительные балки; после чего грунтовая масса удаляется до уровня перекрытия следующего ниже этажа и все технологические операции повторяются; окончательно грунтовая масса удаляется из котлована до диафрагмы, закрывающей дно котлована, после чего производится выравнивание поверхности диафрагмы и монтаж перекрытий, в порядке «снизу-вверх».

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а точнее к способам строительства подземных сооружений в сложных инженерно-геологических условиях и в условиях существующей застройки в мегаполисах, но может быть также использовано для строительства транспортных тоннелей неглубокого заложения, транспортных развязок, каналов, водоводов и т.п.

Известен котлованный способ строительства подземных сооружений (А.Н.Драновский, А.Б.Фадеев. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве, стр.52, Изд. Казанского университета, 1993 г.).

Наряду с известными достоинствами котлованного способа такими, как возможность применения комплексной механизации с использованием крупногабаритного оборудования и другими, способ обладает рядом существенных недостатков, которые могут проявиться при строительстве в слабых водонасыщенных грунтах. Прежде всего, стенки котлована при его откопке могут обрушиться до установки шпунтового ограждения, поскольку слабые плывунные грунты даже при небольшом механическом воздействии на них подвергаются расструктуриванию и начинают «плыть», что вызывает не только деформации стен котлована, но и значительные осадки окружающей территории и может явиться причиной разрушения близрасположенных зданий и сооружений.

Более того, в случае расположения котлована в непосредственной близости каких-либо водоемов возможен прорыв воды через дно котлована, что по своим масштабам может стать катастрофой.

Способ опускного колодца также может применяться для строительства подземных сооружений (А.Н.Драновский, А.Б.Фадеев. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве, стр.63, Изд. Казанского университета, 1993 г.), но область применения конструкций этого типа ограничена их размерами и, кроме того, опускные колодцы не могут применяться как заглубленные транспортные магистрали. Высокий уровень грунтовых вод или наличие близлежащих водоемов может стать причиной затопления колодца до окончания работ, откачка воды в таком случае нежелательна из-за суффозии, что может вызвать осадки существующих зданий. Кроме всего, слабые грунты в современных мегаполисах крайне неоднородны из-за наличия крупнообломочных техногенных включений, что может сделать применение опускного колодца невозможным.

Известно также строительство подземных сооружений способом «стена в грунте» (А.Н.Драновский, А.Б.Фадеев. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве, стр.121, Изд. Казанского университета, 1993 г.). Однако данный способ невозможно применять в грунтах, которые в условиях существующей застройки, как правило, изобилуют крупноразмерными техногенными конгломератами в сочетании с плывунами (А.Н.Драновский, А.Б.Фадеев. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве, стр.122, Изд. Казанского университета, 1993 г.). Кроме того, устойчивость стен в слабых плывунных грунтах является трудноразрешимой задачей, так как, например, грунтовые анкеры не могут быть использованы. Различные распорки и подкосы, в таких условиях, также малоэффективны. Следует отметить, что опирание нижней части стены на слабое грунтовое основание также ненадежно.

Искусственное замораживание грунтового основания, образованного слабыми плывунными грунтами, не решает перечисленных проблем, поскольку возможно пучение грунтов с последующими значительными и непредсказуемыми осадками (Б.И.Далматов. Проектирование и устройство фундаментов около существующих зданий. Ленинградский дом НТП, Л., 1976 г., стр.27-28).

Известны также способы строительства заглубленных в грунтовое основание сооружений, которые применяются, в основном, на больших глубинах с использованием специального оборудования и специальной крепи для создания транспортных тоннелей (А.Н.Драновский, А.Б.Фадеев. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве, стр.19).

Известна также разработка последнего времени (Патент RU 239767 C2, опубликовано 27.11.2008. Бюл. № 33. Способ сооружения тоннеля под железнодорожной насыпью, авторы: Мангушев Р.А. и др.). Предложенный способ производства работ основан на том, что первоначально устанавливается крепление стен тоннеля, а затем из образованного контура извлекается грунт и производится отделка внутренней поверхности тоннеля, что позволяет выполнять транспортные развязки без остановки движения транспорта по основной магистрали: однако указанный способ связан с большими затратами и применение его оправдано преимущественно по прямому назначению, вместе с тем, принцип, заложенный в основу упомянутого технического решения, может быть использован для разработки новых эффективных способов строительства подземных сооружений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ строительства подземных сооружений по технологии «сверху-вниз» (А.Н.Драновский, А.Б.Фадеев. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве, стр.164). Сущность способа заключается в том, что стены подземного сооружения раскрепляются междуэтажными перекрытиями по мере откопки котлована, начиная с отметки верхнего перекрытия и заканчивая устройством днища.

Однако в слабых плывунных грунтах указанный способ строительства не обеспечивает в полной мере безопасного производства работ, так как стены котлована в своей нижней части надежно не зафиксированы, а через дно возможен прорыв грунтовых вод и также возможно полное затопление котлована из близрасположенных водоемов, что может привести не только к разрушению котлована, но и к значительным осадкам грунтового основания, что создаст аварийную ситуацию для существующих зданий, расположенных около котлована.

Таким образом, основной задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ строительства подземных сооружений, является обеспечение повышенной надежности всех элементов конструкции и сооружения в целом.

Предлагаемый способ строительства подземных сооружений в соответствии с поставленной задачей включает в себя следующие основные этапы:

- устройство нижней цементно-грунтовой диафрагмы без откопки котлована снаружи, которая надежно закрывает дно будущего котлована и будет служить в дальнейшем фундаментом для стен котлована;

- устанавливаются стены котлована по его контуру, которые опираются на нижнюю диафрагму и фиксируются в ней;

- на уровне верхнего перекрытия устанавливаются опалубки для бетонирования распределительных балок по внутреннему контуру, ограниченному верхней частью стены;

- устанавливается опалубка для бетонирования рамы по внешнему контуру стены;

- укладывается арматура и производится бетонирование распределительных балок и рам;

- для поддержки распределительных балок монтируются система поперечных и продольных балок, которая, в свою очередь, может опираться на колонны, установленные на дне котлована и поддерживающие балки: в случае необходимости, система балок может быть заменена на вертикальные диафрагмы, опирающиеся на диафрагму на дне котлована;

- производится выемка грунта из котлована до отметки следующего нижележащего перекрытия;

- на отметки следующего перекрытия также устраиваются распределительные балки.

Таким образом, вертикальные стены укрепляются распределительными балками, после чего производится окончательная выемка грунта из котлована и устанавливаются междуэтажные перекрытия, в конструкцию которых включаются распределительные балки и система поперечных и продольных балок.

Сущность способа поясняется чертежами, где на Фиг.1 показан план подземного сооружения (вид сверху), где по контуру котлована установлены стены 1, которые в верхней части фиксируются рамой 2 и распределительными балками 3, поддерживаемые системой поперечных балок 5, а на разрезе A-A (фиг.2) показано дно котлована, которое закрыто от проникновения грунтовых вод диафрагмой 6, которая после удаления всего грунта из котлована покрывается выравнивающим слоем 7, перекрытия 4 монтируются на системе поперечных и продольных балок 5 так же, как и распределительные балки 3.

Строительство сооружения осуществляется в следующей строгой последовательности: без выемки грунта из котлована устраивается диафрагма 6, которая представляет собой противофильтрационный экран и, кроме того, фиксирует положение стены 1, которая устанавливается также без выемки грунта из котлована; после чего фиксируется положение верха стены 1 устройством рамы 2 по внешнему контуру котлована и устройством распределительных балок 3 по внутреннему контуру котлована, которые устраиваются на отметке перекрытия 4; монтируется система поперечных и продольных балок 5, которая поддерживает распределительные балки 3 и будет поддерживать перекрытие 4, после чего до отметки нижерасположенного перекрытия удаляется грунт и повторяются технические операции по устройству распределительных балок 3 и системы поддерживающих балок 5 на отметке нижерасположенного перекрытия.

В той же последовательности технологических операций поочередно устраиваются на отметках нижних перекрытий распределительные балки 3 и поддерживающие системы балок 5, поэтапно удаляется грунт из котлована.

После установки балок 3 и 5 производится удаление грунта из котлована до диафрагмы 6 и укладка выравнивающего слоя 7.

Наконец, снизу вверх монтируются перекрытия 4, конструкция которых включает балки 3 и 5.