Переработка грунта для возведения подземной части зданий (стр. 2 из 7)

Состав процессов при выполнении земляных работ на объекте определяется условиями производства работ на строительной площадке. К ним относятся физико-механические свойства грунтов, наличие подземных вод, климатические условия, степень стесненности выполнения работ на площадке, ее расположение относительно других объектов и др.

Состав комплексного процесса производства земляных работ на объекте определяется технологом при разработке проекта производства работ (ППР).

Выполнение подготовительных и вспомогательных процессов. При разбивке зданий и сооружений используют геодезическую разбивочную основу, выполненную на этапе инженерной подготовки строительной площадки, т. е. привязывают продольные и поперечные оси здания на местности.

Для детальной разбивки осей здания и обозначения контура котлована служит строительная обноска. Она может быть сплошной по всему периметру здания или прерывистой (рис.3, а). Прерывистая более удобна, так как не создает помех движению автотранспорта.

Вертикальные отметки в строящемся здании определяют относительно отметки ±0,00, которая соответствует уровню пола 1-го этажа (рис.3, б). Все отметки, расположенные выше, берут со знаком "+", а ниже - со знаком " -".

Рис.3

Привязку здания следует начинать в точке O₀, имеющей минимальное возвышение цоколя над спланированной плоскостью. В этой точке определяется наибольшая глубина котлована.

Из точек O₁,O₂ ,O₃ ,O₄ и других точках пересечения поперечных и продольных осей опускают отвес на поверхность земли и забивают колышки. От осей откладывают расстояние, равное

(b₁12) + b₂ + b₄+ b₅

b₁ - ширина фундаментного блока, b₂ - допустимое увеличение ширины траншей под фундамент при разработке грунта экскаватором, принимают равным 10 см, b₄ + b₅ -величина заложения откоса котлована с учетом траншей под фундамент.

Во многих случаях возведения подземных конструкций зданий и сооружений приходится выполнять в условиях подземных (грунтовых) вод, затрудняющих производство земляных и других работ нулевого цикла. Они существенно снижают срок службы конструкций, соприкасающихся с грунтом, эксплуатационные характеристики подземных частей зданий и сооружений. В зависимости от конкретных гидрогеологических условий производство работ по осушению грунтов можно выполнять следующими способами: открытым водоотливом; дренажем; глубинным водоотливом.

Наиболее простым и экономичны способом является открытый водоотлив, который можно применять также в сочетании с глубинным водоотливом.

В процессе разработки выемки (грунта из котлована или траншеи ее дну придают небольшой уклон к устраиваемому в самой нижней части приемнику (зумпфу), из которого воду откачивают поршневым, диафрагмовым или центробежным насосом и отводят по лоткам или водоотводным канавам от выемки. Затем разработку выемки ведут наклонным слоями с заглубленным зумпфом. Дойдя до проектной отметки по периметру котлована за пределами основания сооружения устраивают водоотводящие канавы, ширина которых по дну должна быть не менее 0,3 с уклоном 0,002-0,005. Грунтовая вода, просачиваясь через откосы и дно котлована, поступает в водоотводящие канавы и по ним в зумпф, откуда также откачивается насосами.

При значительном притоке воды водоотлив должен вестись двумя насосами непрерывно. Перерывы, связанные со сменностью производства строительных работ на площадке, выходом из строя насосов, другими причинами приводят к накоплению воды в выемке, разжижению грунтов, которые затем приходится укреплять щебнем или бетоном, и в конечном счете все это увеличивает затраты и продолжительность работ нулевого цикла.

Использование открытого водоотлива может сопровождаться нежелательными явлениями (наличие в выемке воды, мелких частиц грунта, нарушение структуры и устойчивости грунтового массива), которые затрудняют производство работ, ухудшают строительные свойства грунта, как основания будущего сооружения. При интенсивном водоотливе могут быть затронуты грунты в основаниях соседних зданий.

Более совершенным является метод глубинного водоотлива или искусственного понижения уровня грунтовых вод: иглофильтровый и вакуумный методы, водопонижающие скважины.

Наибольшая эффективность применения иглофильтров обеспечивается в песчаных грунтах с коэффициентом 1-50 м/сут. Если необходимо понизить уровень грунтовых вод на глубину 7-9 м, иглофильтры устанавливают в два яруса (рис.4).

Рис.4

При необходимости понижения уровня грунтовых вод на глубину свыше 20 м применяют способ вакуумного водопонижения. В этом случае используются установки с вакуумным водопонижением (УВВ) и эжекторные иглофильтровальные установки (ЭИУ).

Сущность вакуумного водопонижения заключается в том, что в отличие от водопонижения легкой игло-фильтровальной установкой, где центробежный насос создает в грунте положительное избыточное давление, установки вакуумного водопонижения создают и непрерывно поддерживают в фильтровальном звене вакуум (рис.5, а), в результате чего обеспечивается интенсивный подсос и снижение уровня грунтовой воды.

Рис.5. Схемы иглофидьтровальных установок с вакуумным (а) и электроосмотическим (б) водопонижением

1 - фильтровое звено; 2 - депрессионная кривая после понижения иглофильтром; 3 - центробежный насос; 4 - вакуум-насос; 5 - стальная труба (анод); 6 - иглофильтр (катод); 7 - депрессионная кривая после электросушения

Водовоздушная смесь поступает в иглофильтр и откачивается вакуум-насосом. В установках с вакуумным водопонижением для того, чтобы постоянно поддерживать вакуум, через трубку, проходящую внутри иглофильтра, подают воздух, который обогащает поры грунта, и процесс откачки грунтовых вод происходит более интенсивно.

Эжекторные иглофильтровальные установки включают в себя иглофильтры с эжекторными водоподъемниками. Внутри иглофильтра находится труба, имеющая в нижней части эжекторное устройство, - диффузор с насадкой. Во время работы иглофильтра в концевую полость между его наружной и внутренней трубами центробежным насосом подается под давлением 750-800 кПа "рабочая вода". Дойдя до насадки, она через нее устремляется вверх - к диффузору (попадание рабочей воды в грунт исключается). При этом скорость движения рабочей воды резко возрастает и в пространстве между насадкой и диффузором создается вакуум, под давлением которого грунтовая вода через фильтровальное звено засасывается внутрь иглофильтра. Смешавшись с рабочей водой, она по внутренней трубе направляется вверх к коллектору и далее в водосборник. Часть воды после очистки от частиц грунта поступает в центробежный насос и используется как рабочая вода.

В слабофильтрующих грунтах ЭИУ монтируют в заранее пробуренные скважины под защитой обсадных труб. В верхней части скважин после монтажа иглофильтра устраивают глиняный тампон.

Для повышения эффективности работы иглофильтровых установок в глинистых грунтах с невысокими коэффициентами фильтрации (менее 0,1 м/сут) используют способ электроосмоса - перемещение воды в грунт под влиянием пропускаемого через него постоянного тока. В этом случае в грунт рядом с иглофильтрами на расстоянии до 1 м погружают стальные трубы или стержни из арматурной стали (рис.5, б), которые подключают в цепь к положительному полюсу источника постоянного тока с напряжением 30-60 В. По воздействием электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, освобождается и перемещается в сторону иглофильтра. В результате водоотдача грунта повышается более чем в 5 раз.

Для осушения больших строительных площадок, на которых разрабатывается грунт и устраиваются выемки для строительства подземной части здания или сооружения, эффективен способ, основанный на использовании открытых водопонизительных скважин-колодцев, оснащенных насосами. По периметру будущей выемки устраивают скважины диаметром до 400 мм и погружают в них фильтровые колонны. Фильтровая колонна состоит из обсадной трубы с фильтром отстойника, водоподъемной трубы; по верху вокруг фильтровой колонны устраивают грунтовую обсыпку высотой 0,2-0,3 м (рис.6). Внутрь фильтровой колонны опускают насос, производительность которого определяется параметрами, характеризующим приток грунтовых вод. Приводной двигатель насоса может находиться как внутри скважины, так и над ее устьем. В первом случае он имеет водонепроницаемое исполнение и работает в затопленном состоянии, во втором - соединяется с насосом длинным трансмиссионным валом.

Рис.6. Схема скважины-колодца

1 - привод насоса; 2 - обсыпка; 3 - фильтровая колонна; 4 - водоподъемная труба; 5 - насос

Применяют также открытые самоизливающиеся скважины. Изливающуюся из устья воду отводят к водосборникам и откачивают насосами. Скважины могут иметь различный наклон. Вертикальные скважины служат для снятия избыточного напора в нижележащих водоносных слоях грунта. Горизонтальные могут устраиваться в откосах выемок.

Использование установок для искусственного водопонижения вызывает необходимость решения задач экологического характера. В первую очередь - это необходимость применения экологически чистых технологий, которые не допускали бы загрязнения подземных вод, попадания в них вредных примесей.

Нередко при интенсивной откачке грунтовых вод в районе строительства нарушаются гидрогеологические условия. Нарушается взаимосвязь подземных вод с поверхностными, в результате чего могут произойти нарушения действующих водозаборных систем, осушение родников и т.д. Продолжительные откачки грунтовых вод особо опасны на застроенных городских территориях, так как они могут вызвать оседание земной поверхности, деформации зданий и сооружений, смещение осей инженерных сетей. Поэтому выбор способов защиты земляных сооружений от воздействия подземных вод должен сопровождаться анализом и разработкой соответствующих природоохранительных мероприятий.