Способы устройства ПФЗ и область применения
Лекция 16
Дренажи при водопонижении
Дренажи могут применяться, как в целях осуществления строительного водопонижения (временные), так и в течение всего периода эксплуатации сооружения (постоянные).
Дренажи строительного назначения могут быть линейными или пластовыми с включением в их конструкцию дренажей линейного типа.
Линейные дренажи проектируют с применением перфорированных труб (трубчатый дренаж) либо в виде открытых или заполненных фильтующим материалом траншей (траншейный дренаж) с отводом отобранных вод в зумпфы, оборудованные погружными насосами. Эффективная глубина осушения линейными дренажами - до 4-5 м.
Линейные дренажи следует устраивать внутри котлована, в основании подземных выработок или откосов земляных выемок, на территориях, окружающих строительный объект. Продольные уклоны дренажей должны обеспечивать скорость воды в перфорированных трубах, при которой не происходит их заиливание. Рекомендуется принимать уклон не менее 0,003.
Трубчатые дренажи необходимо обсыпать дренирующими материалами (щебень, гравий, песок или их смесь) для обеспечения необходимой пропускной способности.
Пластовые дренажи выполняются для отбора подземных вод в строительный период со всей площади котлована. Этот вид дренажа рекомендуется применять при отборе подземных вод в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 2 м/сут, а также в случаях обводненного трещиноватого скального основания. При отборе подземных вод из пылеватых песков и глинистых грунтов конструкция пластового дренажа должна предусматривать два слоя: нижний - из крупнозернистого песка толщиной 150-200 мм и верхний - из гравия или щебня толщиной 200-250 мм. Если в дальнейшем предполагается эксплуатация пластового дренажа как постоянного сооружения, то толщина его слоев должна быть увеличена.
|
|
|
Отвод подземных вод, отобранных пластовым дренажом, должен осуществляться в систему линейного дренажа, песчано-гравийная обсыпка которого сопрягается с телом пластового дренажа.
Противофильтрационные завесы (ПФЗ)
Как уже отмечалось, применение водопонижения является опасными в связи с суффозионными процессами, негативно влияющими на фундаменты близко расположенных зданий и сооружений. Безопасной альтернативой водопонижению являются противофильтрационные завесы.
ПФЗ представляет практически водонепроницаемую преграду, устраиваемую в грунте, которая препятствует проникновению через нее грунтовых вод. Противофильтрационные завесы следует предусматривать для временной (на период строительства) или постоянной защиты подземных выработок, котлованов и сооружений от подземных вод. Противофильтрационные завесы могут устраиваться как в виде самостоятельных конструкций, так и в сочетании с водопонижением и дренажами. Их проектируют в зависимости от назначения и соотношения основных размеров защищаемого объекта в виде контурных (замкнутых) или линейных схем. Завесы могут устраиваться как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости.
|
|
|
Противофильтрационные завесы устраиваются: траншейными, свайными, тонкими щелевыми, инъекционными, пленочными, льдогрунтовыми, воздушными, шпунтовыми.
Материалом для устройства траншейных и свайных завес могут служить: бетон, глиноцементный раствор, заглинизированный грунт, глинистая паста, комовая глина; для тонких щелевых и инъекционных завес — цементный, глиноцементный и полимерные растворы; для пленочных завес — пленки из синтетических материалов.
Льдогрунтовые завесы устраиваются путем искусственного замораживания подземной воды, содержащейся в поровом пространстве грунта, воздушные - путем нагнетания воздуха в грунт через пробуренные скважины. Возможно устройство комбинированных завес как по типу, так и по материалу заполнения.
|
|
|
Шпунт с металлической или деревянной забиркой и «стена в грунте» так же могут служить противофильтрационными завесами.
Тип и параметры противофильтрационных завес следует выбирать исходя из их назначения» срока службы, инженерно-геологических и гидрогеологических условий участка строительства, расчетного напора, необходимой глубины заложения, результатов фильтрационных расчетов.
Противофильтрационные завесы, как правило, должны полностью прорезать водоносные породы и заглубляться в водоупорные на глубину, определяемую характером контактной зоны, состоянием водоупорных слоев и действующим напором на завесу.
При относительно глубоком заложении водоупорного слоя может быть допущено применение несовершенных, т. е. не доходящих до водоупора завес. В таких случаях работа противофильтрационной завесы должна совмещаться с водопонижением.
Также для защиты дна открытых выработок от подземных вод в сочетании с вертикальной противофильтрационной завесой может устраиваться в горизонтальной плоскости искусственный водоупор с помощью струйной цементации грунтов или инъекцией в грунт закрепляющих растворов
|
|
|
Если же в дне котлована находятся водоупорные глинистые грунты, а приток воды возможен только из бортов котлована, для защиты от грунтовых вод будет достаточно выполнения вертикальной ПФЗ по контуру котлована, заглубленной в водоупорный слой.
ПФЗ в отличие от водопонижения не влечет за собой образования вредных стоков и истощения ресурсов подземных вод и не вызывает деформации грунтовых пород, земной поверхности и сооружений защищаемых объектов.
Способы устройства ПФЗ и область применения
Траншейные и свайные завесы следует проектировать для глубин до 40-50 м в нескальных грунтах (траншейные - в грунтах без крупнообломочных включений, свайные - в грунтах с крупнообломочными включениями).
Траншейные завесы устраиваются толщиной 0,5-1,0 м при применении специального оборудования (грейферы) и 2,0-2,5 м - при применении землеройных машин общего назначения (ковшовые экскаваторы, драглайны).
Свайные завесы выполняются из свай диаметром 0,5-1,5 м. Расстояние между центрами пересекающихся свай принимается равным 0,7-0,8 диаметра свай. Разработку траншей и бурение скважин для траншейных и свайных завес, выполняют, как правило, под защитой глинистого раствора или обсадных труб, обеспечивающих устойчивость грунтовых стенок выемок от обрушения.
Для устройства свайных завес также может применяться струйная цементация грунтов (англ, jet-grouting), заключающаяся в использовании высоконапорной струи цементного раствора для разрушения и одновременного перемешивания грунта с цементным раствором. Образующиеся при этом сваи из грунтобетона при соприкосновении формируют сплошную противофильтрационную завесу. Применение струйной цементации следует предусматривать для возведения двух- и многорядных противофильтрационных завес.
Струйная технология может применяться и для устройства противофильтрационных завес в горизонтальной плоскости. Создаваемый
таким образом искусственный водоупор предотвращает поступление подземных вод в выработки снизу.
Инъекционные завесы устраивают путем цементации, глинизации, битумизации, смолизации и силикатизации грунтов. Устройство завес осуществляется путем нагнетания в грунт закрепляющих растворов через погруженные в него инъекторы. Материал закрепления выбирают с учетом вида грунта и его фильтрующей способности.
Цементацию (инъекцию в грунт цементных, глиноцементных и глиноцементно-песчаных растворов) применяют при устройстве завес в скальных трещиноватых породах с раскрытием трещин более 0,10 мм и в крупнообломочных, гравийно-галечниковых и песчаных грунтах.
Глинизацию (инъекцию глиносиликатных растворов) и битумизацию (инъекцию разогретой битумной мастики или тонкодисперсной битумной эмульсии) применяют в тех же грунтах, что и цементацию, в случаях, когда цементация неэкономична или ненадежна из-за наличия агрессивных вод, способных вызвать коррозию цемента.
Смолизацию (инъекцию растворов синтетических смол с отвердителем) применяют для устройства завес в скальных тонкотрещиноватых и пористых породах и песчаных грунтах .
Силикатизацию (инъекцию силикатных растворов с коагулянтом) применяют для устройства завес в песчаных грунтах .
В некоторых случаях в качестве противофильтрационного материала завес допускается предусматривать синтетическую пленку, монтируемую из отдельных полотнищ внахлест. Противофильтрационные завесы из синтетических пленок могут устраиваться как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости. В первом случае пленка укладывается на дно открытой выработки и засыпается слоем грунта, во втором - навешивается на стенки отрытой траншеи, после чего траншея засыпается грунтом.
Льдогрунтовые завесы устраивают для защиты выработок на период их разработки. Устройство льдогрунтовых завес осуществляется путем искусственного замораживания подземной воды, заполняющей поры грунта, в процессе циркуляции хладоносителя в пробуренных скважинах. Возможность устройства льдогрунтовых завес определяется скоростью фильтрации подземных вод, их температурой и степенью минерализации.
Воздушные завесы применяются как временные - на период строительства, так и в качестве постоянных противофильтрационных завес. Воздушные завесы устраивают путем нагнетания воздуха в нижнюю часть водоносного пласта под давлением через скважины, оборудованные обратным клапаном. Пузырьки воздуха, перемещаясь от скважины в стороны и вверх, заполняют поры грунта и тем самым уменьшают проницаемость породы.
Наиболее целесообразно применение воздушных завес при перекрытии проницаемого слоя водоупором. Пузырьки воздуха, скапливаясь под подошвой водоупора, оказывают значительное сопротивление фильтрационному потоку. В этом случае нагнетание воздуха может осуществляться не постоянно, а периодически. Особенно эффективно устройство воздушных завес в грунтах с малой водопроницаемостью (с низким коэффициентом фильтрации), водопонижение в которых затруднено из-за малой водозахватывающей способности водопонизительных скважин.
При проектировании противофильтрационных завес необходимо предусматривать контроль качества материалов и работ, правильности геометрических размеров разрабатываемой выработки, ее вертикальности, а также сплошности и сопряжения с водоупором.
Проектирование котлованов
Проект котлована должен содержать оценку и прогноз воздействия производимых работ на состояние территории при устройстве ограждающих конструкций, разработке котлована и возведении здания.
Проектная документация на ограждения котлованов глубиной более 5 м оформляется, как самостоятельный раздел проекта.
Для повышения надежности и безопасности проектных решений ограждающих конструкций котлованов в расчетах следует учитывать возможность случайного углубления дна котлована на 0,5 м.
Нагрузку на бровке котлована независимо от условий задания следует принимать не менее 1 т/м2 при расстоянии от котлована до существующего здания до 2 м и не менее 2 т/м2 при расстояниях более 2 м, включая временные дороги.
Не следует предусматривать выезд из котлована и мойку колес со стороны нагорной части котлована. Если мойка колес размещена с нагорной стороны котлована, в этом случае в расчетах устойчивости борта котлована со стороны мойки следует принять пониженные расчетные характеристики грунта: угол внутреннего трения с коэффициентом 0,8, а сцепление с понижающим коэффициентом 0,7.
В процессе организации строительства ограждения котлована в рабочей документации следует предусматривать устройство поверхностного водоотвода и благоустройство с учетом рельефа местности для исключения замачивания грунта. В проекте должно быть определено место сбора поверхностных вод, их предварительная очистка и место сброса.
Принятый в проекте способ ограждения котлована и его конструктивное исполнение должны обеспечивать общую устойчивость котлована с коэффициентом запаса не менее 1,2.
При проектировании ограждающих конструкций котлована в условиях существующей плотной застройки учитываются возможные сверхнормативные отклонения скважин, как в плане, так и по вертикали при бурении сквозь возможные препятствия, находящиеся в грунте (железобетон, металлолом, старые коммуникации и фундаменты и др.).
Для обеспечения минимальных отклонений в плане и по вертикали при забуривании скважин следует предусматривать колонковое бурение через всю толщу техногенных грунтов.
При наличии высокого уровня подземных вод необходимо выполнение строительного водопонижения более чем на 2 м.
Если в зоне влияния котлована имеются здания, сооружения или инженерные коммуникации, то ограждение котлована выполняют в виде водонепроницаемой конструкции (преимущественно «стены в грунте», буросекущихся свай или шпунта с замками типа Ларсен, заглубленных в водоупорные грунты не менее чем на 2 м).
При проектировании ограждения котлована глубиной более 5 м в условиях городской застройки или при необходимости выполнения водопонижения более чем на 2 м в случаях расположения зданий, сооружений или инженерных коммуникаций в зоне влияния котлована преимущественно следует использовать «стену в грунте».
При проектировании ограждающих конструкций котлованов глубиной более 5 м для безопасности проведения работ должно предусматриваться крепление таких ограждений. В этих случаях не допускается устройство консольных ограждений котлованов.
Для повышения надежности распорных систем ограждений котлованов их следует проектировать с возможностью создания предварительного натяжения (обжатия) так, чтобы случайный выход из строя одного из элементов распорок не мог вызвать прогрессирующего разрушения всей распорной системы.
Для этого распорные системы должны быть способны перераспределять передающиеся на них усилия от давления грунта, а элементы обладать запасом прочности и устойчивостью.
Обвязочные металлические пояса должны быть замкнутыми. «Стену в грунте» проектируют с монолитными обвязочными балками в голове стены, которые должны быть забетонированы до разработки грунта в котловане.
При проектировании котлованов следует предусматривать устройство геотехнических барьеров, компенсирующих возможное развитие разуплотнения грунта со стороны охраняемых зданий.
В процессе сооружения ограждающих конструкций котлованов в зоне влияния строительства выполняется геотехнический мониторинг грунтового массива окружающей застройки, а также подземных коммуникаций.
Система геотехнического мониторинга разрабатывается с включением нескольких локальных подсистем, частично контролирующих и дублирующих друг друга, включающих наблюдения:
• геодезические и визуальные за деформациями окружающих зданий и сооружений, строящегося сооружения, грунтового массива;
• за состоянием окружающей среды;
• за гидрогеологическим режимом.
Для каждой локальной подсистемы составляется рабочая программа, в которой отражаются объем и состав работ, обосновывается перечень измеряемых параметров.
Проект котлована является составной частью общего проекта здания или сооружения и включает в себя:
- чертеж котлована;
- указания по производству и организации работ;
- защитные мероприятия.
На чертеже учитываются в плане:
1. возможность производства работ;
2. возможность устройства опалубки;
3. размещение крепления стенок котлована;
4. размещение водопонижающих установок;
5. глубина в основном определяется заложением фундамента (с учетом песчаной подушки, пласт. дренажа и т.п.)
Указывают:
- горизонтальную и вертикальную привязку котлована к местности;
- основные оси;
- размеры поверху и понизу;
- абсолютные отметки дна и заглублений;
- заложение откосов – i
Защитные мероприятия
Их целью является сохранение природной структуры грунтов в основании возводимых фундаментов (т.е. дня котлована) и обеспечении устойчивости стенок котлована на все время производства строительных работ.
Необходимость сохранения природной структуры грунтов объясняется тем, что ее нарушение в процессе работ нулевого цикла сопровождается, как правило, ухудшением строительных свойств основания.
Требования по сохранению природной структуры основания:
- Не допускать скапливание на дне котлована воды (замачивания), т.к. оно ухудшает свойства грунтов предусматриваются специальные меры для защиты котлована от обводнения.
- Не допускать промерзания дна котлована в зимний период работ, т.к. большинство в зимний период работ, т.к. большинство грунтов обладает пучинистыми свойствами. Для этого, дно котлована покрывают слоем шлака или другого аналогичного по свойствам материала.
- Не допускать механического воздействия на дно котлована. Для этого котлован механизированной техникой недокапывают на 20…30 см. Оставшийся грунт аккуратно снимают лопатами.
- Устройство фундаментов необходимо выполнить по возможности быстрее, особенно в дождливый и зимний периоды строительства.
Требования к устойчивости стенок котлована.
Конструкции крепления стенок или откосов котлованов должны воспринимать все нагрузки от давления грунта и подземных вод и защищать его от их оползания или обрушения.
При разработке котлованов и траншей в непосредственной близости и ниже уровня заложения примыкающих сооружений необходимо принятие специальных мероприятий против развития осадок и деформаций близкорасположенных сооружений:
· это забивка шпунтовой стенки;
· закрепление грунтов основания;
· подводка нового фундамента.
Проведение геотехнического мониторинга для обеспечения безопасности и надежности окружающей застройки и существующих коммуникации в зоне влияния, а так же для контроля за сооружением ограждающих конструкций котлована.
Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 429; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!