Прогноз деформаций грунтового массива при строительстве полузаглубленных подземных сооружений способом "стена в грунте" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат наук Степаненко, Сергей Владимирович

• Степаненко, Сергей Владимирович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Степаненко, Сергей Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Общие сведения о строительстве ограждающих конструкций способом«стена в грунте»

1.1.1 Современные способы ограждения глубоких котлованов

1.1.2 Технология строительства стены в грунте

1.1.3 Буронабивные сваи

1.1.4 Буросекущиеся сваи

1.1.5 Траншейный метод

1.2 Анализ методов прогноза деформаций в окрестности полузаглубленных сооружений и задачи исследований

1.2.1 Полуэмпирические методы прогноза деформаций в окрестности полузаглубленных сооружений

1.2.2 Численные методы расчета осадок земной поверхности

Выводы по главе 1

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ГРУНТОВОГО МАССИВА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОЛУ ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ

2.1 Основные тенденции деформирования грунтового массива в окрестности полузаглубленных сооружений

2.1.1 Анализ деформаций грунтового массива, вызванных строительством «стены в грунте»

2.1.2 Анализ деформаций грунтового массива в окрестности полузаглубленного сооружения, вызванных строительством глубокого котлована

2.1.3 Анализ деформаций грунтового массива на уровне дна полузаглубленного сооружения, вызванных строительством котлована

2.2 Анализ результатов натурных наблюдений за деформированием грунтового массива в окрестности полузаглубленных сооружений

2.3 Результаты геотехнического мониторинга при строительстве подземного паркинга способом «стена в грунте»

2.3.1 Общие сведения об объекте строительства и реконструкции

2.3.2 Инженерно-геологические условия

2.3.3 Методика проведения мониторинга

2.3.4 Результаты наблюдений за ограждающей конструкцией

2.4 Мониторинг за стенами котлована при строительстве главной насосной станции г. Санкт-Петербурга способом «стена в грунте»

2.4.1 Результаты мониторинга

Выводы по главе 2

3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ КОТЛОВАНА ПОД ЗАЩИТОЙ ОГРАЖДАЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ

3.1 Методика проведения теоретических исследований

3.2 Напряженно-деформированное состояние конструкций полузаглубленного сооружения

3.2.1 Постановка задачи и исходные данные

3.2.2 Результаты численного моделирования

Выводы по главе 3

4 СОПОСТАВЛЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И НАПРАВЛЕНИЯ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

4.1. Методика расчета нагрузок на обделку полузаглубленного подземного сооружения насосной станции

4.1.1 Исходные данные

4.1.2 Постановка задачи

4.1.3 Результаты численного моделирования

4.1.4 Оценка прочности и устойчивости расстрела

4.2. Определение рациональной области и направлений применения технологии «стена в грунте»

Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

131

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогноз деформаций грунтового массива при строительстве полузаглубленных подземных сооружений способом "стена в грунте"»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Строительство полузаглубленных подземных сооружений в рыхлых, слабосвязных или трещиноватых водонасыщенных грунтах невозможно без применения специальных способов строительства. Постоянные несущие конструкции сооружений, возведенные способом «стена в грунте», обладают значительной жесткостью и вступают в работу до момента разработки грунта в котловане, что позволяет их эффективно использовать в условиях плотной городской застройки. Оптимальные параметры ограждающей конструкции (несущих стен) и поддерживающих элементов (расстрелов, анкерного крепления и др.) ограничивают деформации грунтового массива в допустимых пределах. Деформации грунтового массива и параметры несущих конструкций (стены, расстрелы, анкеры) зависят от инженерно-геологических условий строительства, принятой последовательности разработки грунта в котловане и возведения конструкции сооружения, наличия зданий на поверхности и подземных объектов.

При недостаточно обоснованном использовании способа «стена в грунте» в России и за рубежом, в отдельных случаях, имели место значительные деформации грунтового массива и земной поверхности, сопровождающиеся большими осадками и разрушениями фундаментов зданий и экономическими потерями.

Разработкой технологий и методов прогноза деформаций грунтового массива при строительстве полузаглубленных сооружений занимались отечественные и зарубежные исследователи Маковский JI.B., Меркин В.Е., Ильичев В.А., Колы-бин И.В., Малинин А.Г., Мангушев P.A., Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Парамонов В.Н., Пекк, Сугимото, Боулес и др.

Повышение достоверности прогноза напряженно-деформированного состояния (НДС) грунтового массива и обоснование рациональных параметров конструктивных элементов способа «стена в грунте», учитывающих технологию строительства полузаглубленных сооружений в условиях плотной городской застройки остается актуальной научной и инженерной задачей.

Цель диссертационной работы: обеспечение минимальных осадков земной поверхности и сохранности зданий и сооружений при строительстве полузаглубленных сооружений способом «стена в грунте» в условиях плотной городской застройки.

Идея работы: заключается в разработке геомеханических моделей и методов прогноза напряженно-деформированного состояния грунтового массива и использованием их при проектировании и строительстве полузаглубленных подземных сооружений способом «стена в грунте».

Основные задачи исследования: •выбор методики геотехнического мониторинга при строительстве полузаглубленных подземных сооружений способом «стена в грунте»;

•проведение натурных исследований деформаций грунтового массива при строительстве нолузаглубленных подземных сооружений способом «стена в грунте»; •разработка геомеханической модели прогноза деформаций при строительстве полузаглубленных подземных сооружений;

• проведение численных экспериментов с геомеханической моделью;

• выбор параметров несущих конструкций сооружений.

Методы исследований. Обоснование методики геотехнического мониторинга; натурные инструментальные исследования деформаций грунтового массива при строительстве полузаглубленных подземных сооружений; математическое моделирование геомеханических процессов в грунтовом массиве при ведении горностроительных работ; сравнительный анализ расчетных значений деформаций грунтового массива с данными натурных измерений.

Научная новизна работы: •закономерности деформирования ограждающих конструкций при взаимодействии с грунтовым массивом, учитывающие параметры и силовые характеристики конструкций и этапы проведения горностроительных работ;

• закономерности подъема дна котлована в зависимости от его размеров и глубины, деформационных характеристик и этапов выемки котлована.

Основные защищаемые положения:

• деформирование грунтового массива при строительстве полузаглубленного подземного сооружения, в основном, зависит от инженерно-геологических условий строительства, геометрических параметров ограждающей конструкции, прочностных и деформационных характеристик грунтов и несущей стены, схемы их взаимодействия, типов и параметров поддерживающих элементов;

• прогноз деформаций грунтового массива при строительстве полузаглубленных подземных сооружений следует производить по методике, учитывающей прочностные и деформационные характеристики грунтов и несущих стен, параметры сооружения и ограждающих конструкций;

• расчет параметров несущих стен полузаглубленных подземных сооружений нужно выполнять на основе пространственной упруго-пластической модели, учитывающей совместную работу системы «конструкция - грунтовый массив» с учетом основных этапов технологии строительства.

Практическая значимость работы:

• разработан метод расчета вертикальных и горизонтальных смещений грунтового массива при строительстве полузаглубленных подземных сооружений способом «стена в грунте»;

• разработана методика расчета параметров несущих конструкций полузаглубленного сооружения с учетом его взаимодействия с грунтовым массивом и технологии строительства.

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается результатами экспериментальных натурных измерений деформаций грунтового массива при строительстве полузаглубленных подземных сооружений; моделированием деформирования грунтового массива на основе плоских и пространственных конечно-элементных моделей при линейных и нелинейных средах; согласованностью расчетных величин смещений с данными натурных измерений.

Апробация диссертации. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на международной научно-практической конферен-

ции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркутин-ский горный институт, Воркута, 2012 г.), на ежегодных конференциях молодых ученых и студентов в 2011-2014 годах в Национальном минерально-сырьевом университете «Горный»; на заседаниях кафедры «Строительство горных предприятий и подземных сооружений» Горного университета и получили одобрение.

Личный вклад автора заключается: в постановке задач исследований, участии в проведении натурных исследований деформаций грунтового массива, обработке и анализе результатов, создании конечно-элементных моделей, разработке методик расчета деформации грунтового массива, параметров несущих конструкций подземных сооружений и практических рекомендаций.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы, из них три работы в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 141 странице машинописного текста, содержит 4 главы, введение и заключение, список использованной литературы из 97 наименований, 78 рисунков и 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 выполнен анализ технологий строительства полузаглубленных подземных сооружений способом «стена в грунте», методов прогноза осадок земной поверхности и деформаций грунтового массива при строительстве полузаглубленных сооружений. Сформулированы цель и задачи исследований.

В главе 2 приведена методика геотехнического мониторинга и результаты экспериментальных натурных исследований деформирования грунтового массива при строительстве полузаглубленных подземных сооружений и их анализ.

В главе 3 представлены конечно-элементные модели и результаты моделирования геомеханических процессов при строительстве полузаглубленных сооружений способом «стена в грунте».

В главе 4 приведены результаты сопоставления расчетных значений вертикальных и горизонтальных смещений с данными натурных исследований и представлена методика расчета параметров несущих конструкций обделок полузаглубленных подземных сооружений.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОИТЕЛЬСТВЕ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ СПОСОБОМ«СТЕНА В ГРУНТЕ»

Освоение подземного пространства мегаполисов является комплексной научно-технической проблемой, находящейся на стыке различных наук, и требующей для решения своих задач привлечение методов инженерной геологии и гидрогеологии [1-5], механики грунтов [6-13] и горных пород, геомеханики и механики подземных сооружений [14], строительной геотехнологии и геотехники [1925], современных технологий строительства подземных сооружений [26-28], а также специальных способов строительства [29]. Одним из эффективных способов освоения приповерхностного слоя подземного пространства является способ «стена в грунте».

1.1.1 Современные способы ограждения глубоких котлованов

Технические решения по технологии строительства подземных сооружений открытым способом должны быть комплексными и включать технологии крепления котлована, разработки грунта в нем и устройства конструкций сооружения, инженерные мероприятия по защите котлована и подземного сооружения от подземных вод, инженерные мероприятия по обеспечению сохранности близраспо-ложенной существующей застройки, а также обеспечивать выполнение экологических требований по охране окружающей среды [30-33].

Обоснование этих технических решений должно обеспечиваться проектными расчетами напряженно-деформированного состояния ограждающих конструкций и вмещающего массива грунтов вместе с примыкающими к котловану зданиями и сооружениями, гидрогеологического режима подземных вод и фильтрационного притока в котлован [34-38].

На выбор технологии возводимого открытым способом подземного сооружения решающее значение оказывают следующие факторы:

• габариты подземного сооружения в плане и по глубине,

• месторасположение подземного сооружения (строительство на свободной территории или в условиях тесной существующей застройки);

• инженерно-геологические и гидрогеологические условия участка строительства;

• необходимость соблюдения экологических требований по охране окружающей среды;

• экономические соображения;

• возможности строительной организации.

При проектировании подземных сооружений в районах существующей застройки следует выполнять геотехнический прогноз влияния строительства на изменение напряженно-деформированного состояния грунтового массива и деформации существующих зданий и сооружений [39-42].

Выбранная технология возведения подземного сооружения должна обеспечивать не превышение допустимых дополнительных деформаций эксплуатируемых зданий, попадающих в зону влияния нового строительства, с учетом их технического состояния. Также технология должна учитывать наличие линий метрополитена и насыщенность подземного пространства существующими коммуникациями.

При проектировании подземных сооружений, перекрывающих частично или полностью естественные фильтрационные потоки в грунтовом массиве, а также изменяющих условия и пути фильтрации подземных вод, следует выполнять прогноз изменений гидрогеологического режима площадки строительства.

В процессе строительства и в начальный период эксплуатации подземных сооружений следует выполнять натурные наблюдения (мониторинг) на строительной площадке для оценки надежности системы «сооружение-основание», своевременного выявления дефектов конструкций, предотвращения аварийных ситуаций [43-46], а также для оценки правильности результатов прогноза, принятых методов расчета, и проектных решений. Состав, объем и методы мониторинга

должны назначаться в зависимости от уровня ответственности подземных сооружений, их конструктивных особенностей, геологических и гидрогеологических условий площадки, способа возведения, плотности окружающей существующей застройки, требований эксплуатации и в соответствии с результатами геотехнического прогноза [47,48].

Конструкция и технология устройства ограждения при строительстве подземного сооружения открытым способом должны удовлетворять следующим основным требованиям:

• обеспечивать устойчивость стен котлована в процессе и после полной разработки грунта;

• воспринимать нагрузку от сооружения, если ограждение входит в состав конструкции подземного сооружения;

• обеспечивать водонепроницаемость, если невозможно или экономически нецелесообразно водопонижение;

• должна быть предусмотрена многократная оборачиваемость элементов крепи, если ограждение является временным;

• крепление не должно загромождать котлован, мешать выемке и обратной засыпке грунта и монтажу основных конструкций;

• обеспечивать сокращение материалоемкости, трудоемкости и сроков строительства;

• обеспечивать сохранность эксплуатируемых наземных и подземных объектов, попадающих в зону влияния строящегося подземного сооружения;

• обеспечивать соблюдение экологических требований (соблюдение допустимых норм по шуму, вибрации, защите окружающей среды). Классификация современных методов крепления котлована при

строительстве полузаглубленных сооружений приведена ниже (рисунок 1.1).

Крепление котлованов

^ Ограждающие конструкции)

^ Укрепление 1рунта ^

С

X

Инъекционное закрепление

■ 1 ~~~

X Искусственное ^ Г замораживание у I.

Нагельное укрепление

Е

С Стенав Л /Ограждение^ ПДпунтовосЧ Г Балочное^ грунте у из свай у ^ограждение/ \ограждсниеу

Г

Буронабивиые (буросеку щиеся) сваи

I Бурозавинчивающиеся ] [ Вдавливаемые сваи | | сваи

Бу роипъекционные сваи

Рисунок 1.1 - Классификация способов крепления глубоких котлованов 1.1.2 Технология строительства стены в грунте

Способ «стена в грунте» является одним из наиболее прогрессивных и универсальных для устройства подземных сооружений, возводимых в открытых котлованах [49-53].

По назначению различают три типа стен: несущие, ограждающие и проти-вофильтрационные; по материалам - монолитные, сборные и сборно-монолитные.

Способ «стена в грунте» позволяет осуществлять строительство:

• в непосредственной близости от существующих зданий и сооружений;

• при значительной глубине сооружения (до 50 м);

• при больших размерах в плане и сложной форме сооружения;

• при высоком уровне подземных вод.

По грунтовым условиям «стена в грунте» может применяться в любых дисперсных грунтах за исключением:

• текучих глинистых грунтов, илов и плывунов;

• при наличии подземных вод с большими скоростями фильтрации.

1.1.3 Буронабивные сваи

Ограждение из буронабивных свай относится к малодеформирующимся видам крепления и его целесообразно применять в случае больших нагрузок на бровке котлована, а также на сами сваи при использовании их в качестве несущего элемента строящегося сооружения.

В качестве ограждения котлованов из буронабивных свай применяют три группы свайных стен: с прерывистым расположением свай, с касательным их сопряжением и секущиеся сваи (рисунок 1.2).

"' сЗ (3=

Ч С=0= 0=>

* ооооосососо

Рисунок 1.2-Типы ограждений котлована из буронабивных свай: а и б - сваи, установленные с определенным шагом и затяжкой; в - бурокасающиеся сваи

Стены с прерывистым расположением свай устраиваются в сухих связных грунтах, способных держать вертикальный откос 1-2 м. Промежуток между сваями для предотвращения местных вывалов защищается затяжками из досок, тонких железобетонных плит, гофрированных стальных листов или бетонной затяжкой. Расстояние между осями а свай должно находиться в пределах £> + 50 мм < а < 3£>, где £> - диаметр скважины.

Стены с касательным сопряжением свай используются в несвязных грунтах, чтобы избежать осыпания грунта между сваями при раскрытии котлована, а следовательно и осадок поверхности.

К преимуществам ограждений из буронабивных свай следует отнести:

• возможность использования в качестве основания прочных грунтов, залегающих на большой глубине;

• возможность устройства свай разной длины, опирающихся на необходимой отметке при резко пересеченном рельефе кровли прочных грунтов, принятых за основание свай;

• возможность устройства ограждений стен котлованов, когда уровень подземных вод залегает выше уровня дна котлована;

• возможность передачи на одну сваю большого диапазона нагрузок (100010000 кН);

• возможность устройства свай большого диаметра (по сравнению с забивными сваями), что значительно улучшает работу свай на горизонтальную нагрузку;

• повышение надежности сооружений за счет уменьшения общих и неравномерных осадок;

• исключение подвижки и деформации грунтового массива и расположенных поблизости зданий за счет повышенной жесткости свай;

• возможность устройства свай без армирования в нижней ее части, где отсутствует передача моментов и горизонтальных сил;

• отсутствие существенных вибраций и сотрясений в процессе производства работ;

• сокращение потребности в механизмах и транспорте.

В зависимости от грунтовых условий применяют следующие способы бурения скважин для устройства буронабивных свай:

• грейферный способ - в песчаных, крупнообломочных, скальных и глинистых грунтах;

• способ бурения желонкой - в водонасыщенных пылеватых песках, текучих супесях и илах;

• вращательный (роторный) способ - в глинистых грунтах от мягкопластич-ной до твердой консистенции, песках средней крупности и крупных.

Для предотвращения обрушения стенок скважин при бурении применяют инвентарные обсадные трубы или избыточное давление воды или глинистого раствора. Применение обсадных труб является наиболее эффективной мерой обеспечения качества изготовления свай в неустойчивых обводненных грунтах.

Устройство буронабивных свай предъявляет жесткие требования к технологическому процессу производства работ. Особенно это важно при устройстве бу-росекущихся свай. Изготовление таких свай требует обеспечения непрерывности процесса производства работ, т.к. устройство секущихся армированных свай должно быть произведено в относительно строго регламентированный период (1,5-2 суток), начиная с момента выполнения бетонных неармированных свай.

Во избежание возможного излишнего отбора и разуплотнения грунта за счет его текучего состояния и выдавливания внутрь обсадных труб при проходке скважин, что может вызвать деформации оснований близко расположенных эксплуатируемых зданий, следует обеспечивать опережающую обсадку трубами забоя скважины (сохранение пробок), а при необходимости дополнительно осуществлять пригрузку забоя глинистым раствором или водой.

Буронабивные сваи изготавливаются по одной технологической схеме: вначале бурят скважину, устанавливают арматуру, затем скважину заполняют бетонной смесью. Более совершенной и рациональной технологией является технология, когда через отверстия в полом шнеке скважина заполняется бетоном в процессе бурения, а каркас погружается в литой бетон при помощи виброзадавлива-ния.

При бурении скважин для устройства буронабивных свай под защитой глинистого раствора требуется бентонитовая глина. Бентонитовый раствор может быть заменен специальным полимерным раствором, изготовленным с использованием сертифицированных загустителей на основе полиакриламида с обязательным соблюдением условия обеспечения вязкости раствора в пределах 3580 сек/литр по вискозиметру Марша (меньшее значение для глинистых грунтов, большее для песков).

1.1.4 Буросекущиеся сваи

В условиях, когда потери бентонитового раствора в грунтах возможны, а также при сложной форме конфигурации подземного сооружения в плане все более широкое применятся ограждение котлована из буросекущихся свай [54].

Стены из буросекущихся свай сооружают, когда дно котлована ниже уровня подземных вод. На первом этапе изготавливаются через одну сваи без армирования, на втором - между ними устраиваются сваи таким образом, чтобы бетон соседних свай частично подрезался. Сваи второго этапа армируются. Благодаря полученному сцеплению образуется сплошная прочная стена с повышенной водонепроницаемостью. Врезка в бетон соседних свай составляет 80-150 мм в зависимости от диаметра свай, который составляет от 600 до 1300 мм.

Если уровень подземных вод расположен ниже дна котлована или предполагается строительное водопонижение, ограждающая конструкция может быть выполнена из отдельно стоящих или касательных буровых свай (рисунок 1.3,а).

а

Рисунок 1.3 - Устройство ограждений из буровых свай: схемы расположения свай, 1 - 7 - последовательность сооружения свай; б - схема сооружения свай; в - общий вид ограждения из свай

Параметры ограждений определяются глубиной котлована, устойчивостью грунтов, уровнем грунтовых вод, а также ответственностью объекта. Для неглубоких котлованов в связных грунтах ограждение может быть выполнено из отдельно стоящих свай. Ограждение из касательных свай целесообразно использовать при разработке котлована в несвязных грунтах. Если прочность касательных свай недостаточна, а также когда котлован разрабатывается в обводнённых условиях, ограждение выполняют из взаимносекущихся свай. Для ответственных конструкций возможно возведение двухрядной стены или расположение взаимносекущихся свай в шахматном порядке.

Наиболее распространенной технологией устройства тела свай является бурение грунта под защитой инвентарной обсадной трубы, бетонирование скважины с помощью поднимаемой бетонолитной трубы и погружение в бетонную смесь арматурного каркаса (рисунок 1.3,6).

Для устройства ограждений котлованов, как правило, применяют секущиеся сваи диаметром 0,6-1,2 м. При отсутствии подземных вод применяют сваи меньших диаметров. Достаточно высокая прочность и жесткость свай позволяет разрабатывать под их защитой котлованы глубиной до 20-25 м (рисунок 1.3,в).

К недостаткам таких ограждающих конструкций можно отнести худшую гидроизоляцию, чем у траншейных «стен в грунте», а также достаточно высокую стоимость. При некачественном выполнении свай возможны прорывы грунтовой массы в котлован через дефектные стыки.

Сравнение экономических показателей методов ограждения котлованов показывает, что производительность работ по устройству стен из буросекущихся свай примерно в 5 раз ниже производительности по устройству траншейных стен в грунте. Однако, в тех случаях, когда «стена в грунте» по каким-либо причинам невыполнима, например, из-за опасности выпуска глинистого раствора, стена из буросекущихся свай остается наиболее надежным видом ограждения котлованов.

1.1.5 Траншейный метод

Технология строительства состоит из пяти основных технологических этапов:

• разработка траншеи под защитой глинистого раствора;

• установка арматурного каркаса;

• заполнение траншеи монолитным или сборным железобетоном;

• разработка грунта в ядре сооружения с замоноличиванием стыков и устройством распорных конструкций;

• устройство днища внутренних конструкций.

При наличии грунтов, содержащих твердые включения природного или техногенного происхождения (крупные валуны, обломки бетонных конструкций, каменной кладки и др.) при проходке траншеи необходимо использовать технику, оснащенную фрезерным оборудованием, например фирм «Касагранде», «Бауэр», ТОЫЕВопп^

Использование грейферного оборудования, которым крупные включения извлекаются, может привести к деформированию стенки траншеи, падению уровня тиксотропного раствора и деформациям окружающего массива и близрасполо-женных зданий.

При наличии трещиноватых скальных грунтов или прослоев из них и закар-стованных пород, когда тиксотропный раствор может вытекать в грунт, необходимо применять опережающий тампонаж этих прослоев цементно-глинистыми растворами.

При устройстве «стены в грунте» жесткие требования должны предъявляться к глинистому раствору, приготовление которого, как правило, должно осуществляться с использованием бентонитового глинопорошка. Плотность раствора должна составлять при приготовлении его с использованием бентонитового глинопорошка 1,03-1,10 г/см3, а из глин других видов - 1,10-1,25 г/см3.

При разработке траншей в неустойчивых грунтах (водонасыщенные пески, глинистые грунты текучей консистенции) с напорными водами необходимо ис-

пользовать глинистые растворы повышенной плотности, для чего допускается применять барит, магнетит и другие утяжелители раствора, но не более 7% массы глины.

Для снижения водоотдачи и потерь глинистого раствора в него можно добавлять жидкое стекло (силикат натрия) в пределах 2-6% массы глины.

При устройстве монолитных стен в грунте методом вертикально перемещающейся трубы необходимо применять более совершенную технологию бетонирования с использованием вибрирования. Если бетон литых смесей, укладываемый без вибрирования, должен иметь осадку конуса 18-20 см, то при бетонировании полужесткими смесями с применением вибраторов осадка конуса должна быть не более 8 см, а подвижность бетонной смеси сохраняться на период транспортировки и укладки - не менее 40 мин.

При закреплении глубинных вибраторов на нижней части бетонолитной трубы при применении жестких смесей с осадкой конуса 3-6 см значительно повышается однородность бетона, а его средняя прочность на 35-40% выше, чем при укладке литых смесей.

При регулировании процесса подачи бетона путем включения и выключения вибратора достигается повышенная плотность, прочность и водонепроницаемость стены. Вместо литых бетонов с высоким содержанием цемента (до 500-600 кг/м ) можно использовать малоподвижные смеси с осадкой конуса 3-4 см. Экономия цемента по сравнению с литыми смесями составляет 150-200 кг/м3. Метод применим и при температуре до -30 °С.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Степаненко, Сергей Владимирович, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Ауслендер В.Г. Новое в геологии Санкт-Петербурга / В.Г. Ауслендер, A.C. Яновский, Л.Г. Кабаков, Э.С. Плешивцева // Минерал.

- 2002.- №1(4).- С.51-58.

2 Недра России. Том 2. Экология геологической среды. - СПб.-М.

- 2002. - 662 с.

3 Бажин Н.П. Результаты исследования физико-механических свойств кембрийских глин. Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ / Н.П. Бажин, В.А. Петров, Ю.М. Карташов, А.И. Баженов. - Л.: Недра, 1964. - С. 49-63.

4 Николаев A.C. Подземные воды Санкт-Петербурга / A.C. Николаев, И.В. Егорова, Д.В. Сергеев // Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2005 году. - СПб. - 2006. - С. 188-196.

5 Бажин Н.П. Итоги комплексных геомеханических исследований кембрийских глин / Н.П. Бажин // Межвузовский сборник научных трудов «Устойчивость и крепление горных выработок». - СПб.: СПбГГИ, 1999. - С. 58-61.

6 Флорин В.А. Основы механики грунтов / В.А. Флорин. - М.: 1959.-Т. I. - 356 с.

7 Флорин В.А. Основы механики грунтов / В. А. Флорин. - М.: 1961.-Т. II.- 543 с.

8 Цытович H.A. Механика грунтов / H.A. Цитович - М.: Высшая школа, 1983. 288 с.

9 Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства горных пород. Методы лабораторных исследований. Учебное пособие для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. / В.Д. Ломтадзе. - Л.: Недра, 1990. - 328 с.

10 Маслов H.H. Механика грунтов в практике строительства / H.H. Маслов. - М.: Стройиздат. 1977. - 320 с.

11 Маслов H.H. Основы инженерной геологии и механики грунтов / H.H. Маслов. М.: Высш. школа, 1982. - 511. с.

12 Вялов С.С. О физической сущности процессов деформирования и разрушения глинистых грунтов / С.С. Вялов, Н.К. Пекарская, Р.В. Максимяк // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1970. - №1. - С.7-9.

13 Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов / М.Н. Гольдштейн. - М.: Стройиздат, 1973. - 304 с.

14 Булычев Н.С.. Механика подземных сооружений / Н.С. Булычев. -М.: Недра, 1981.-270 с.

15 Протодьяконов М.М. Давление горных пород на рудничное крепление / М.М. Протодьяконов. - ГОНТИ, 1933. - 128 с.

16 Протосеня А.Г. Механика подземных сооружений. Пространственные модели и мониторинг / А.Г. Протосеня, Ю.Н. Огородников, П.А. Деменков, М.А. Карасев, М.О. Лебедев, Д.А. Потемкин, Е.Г. Козин. - СПб.: СПГГУ-МАНЭБ, 2011. - 355 с.

17 Протосеня А.Г. Механика подземных сооружений: Учебное пособие / А.Г. Протосеня, М.А. Карасев. - СПб.: РИЦ Горного университета, 2013. - 113 с.

18 Баклашов И.В. Механика подземных сооружений и конструкций крепей / И.В. Баклашев, Б.А. Картозия. - М.: Недра, 1984. - 415 с.

19 Левченко А.Н. Организация освоения подземного пространства. Свершения и надежды / А.Н. Левченко, В.Т. Лернер, Е.В. Петренко, И.Е. Петренко. - М.: ТИМР, 2002. - 406 с.

20 Абрамов С.К. Подземные дренажи в промышленном и городском строительстве / С.К. Абрамов. - М.: Стройиздат, 1973. - 47 с.

21 Ильичев, В. А. Геотехнические проблемы в подземном строительстве / В.А. Ильичев // Основания, фундаменты и механика грунтов.

- 2004. - №4. - С. 2-4.

22 Ивахнюк В.А. Строительство и проектирование подземных и заглубленных сооружений. - М.: Ассоциация строительных Вузов, 1999.

- 298с.

23 Голубев Г.Е. Подземная урбанистика / Г.Е. Голубев. - М.: 1979.

- 232 с.

24 Голубев Г.Е. Многоуровневые транспортные узлы / Г.Е. Голубев. -М.: Стройиздат, 1981. - 152 с.

25 Голубев Г.Е. Автомобильные стоянки и гаражи в застройке городов / Г.Е. Голубев. - М.: Стройиздат, 1988. - 252 с.

26 Меркин В.Е. Прогрессивный опыт и тенденции развития современного тоннелестроения / В.Е. Меркин, JI.B. Маковский. - М.: ТИМР, 1997.- 192 с.

27 Волков В.П. Тоннели и метрополитены / В.П. Волков, С.Н. Наумов, А.Н. Пирожкова, В.Г. Храпов. -М.: Транспорт, 1975. - 551 с.

28 Маковский JI.B. Городские подземные транспортные сооружения // JI.B. Маковский. - М.: Стройиздат, 1985. - 439 с.

29 Шилин A.A. Гидроизоляция подземных и заглубленных сооружений при строительстве и ремонте: Учеб. пособие / A.A. Шилин, М.В. Зайцев, И.А. Золотарев, О.Б. Ляпидевская. - Тверь: издательство «Русская торговая марка», 2003. - 396 с.

30 Маковский Л.В. Проектирование автодорожных и городских тоннелей / Л.В. Маковский. - М.: Транспорт, 1993. - 352 с.

31 Маковский Л.В. Эффективная технология строительства тоннелей мелкого заложения / Л.В. Маковский, A.B. Лушников // Транспортное строительство. - 1984. - № 3. - С. 19-21.

32 Власов С.Н. Применение экранов из труб при строительстве тоннелей / С.Н. Власов, В.А. Ходиш, С.Э. Черняховский // Транспортное строительство. - 1980. - № 5. - С. 51 - 53.

33 СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. - М., 2011. -

162 с.

34 СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция 2.01.07-85* (утвержден приказом Минрегион России от 27 декабря 2010 г. N 787 и введен в действие с 20 мая 2011 г).

35 ГОСТ 24846-81 Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений. - М., 1981.

36 СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. - М.: ГУП НИИЖБ Госстроя России, 2004, с.24.

37 СП 70.13330.2012. Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87 (утв. Приказом Минрегиона России от 25.12.2012 N 109/ГС).

38 СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений. Госстрой России. 1М.: ГУП ЦПП, 2001. - С. 48.

39 Справочник проектировщика. Сложные основания и фундаменты. - М.: Издательство литературы по строительству, 1969. - 272 с.

40 Проектирование подпорных стен и стен подвалов. Справочное пособие к СНиП. - М.: Стройиздат, 1990. - 101 с.

41 ТСН 50-302-2004 Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге. - СПб., 2004. - 63с.

42 Пособие по проектированию мероприятий для защиты эксплуатируемых зданий и сооружений от влияния горнопроходческих работ при строительстве метрополитена / ВНИИТ, Ленингр. отд. - Л.: Стройиздат, 1977.-71 с.

43 Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика / Е.А. Сорочан, Ю.А. Трофименкова. — М.: Стройиздат, 1985. - 470 с.

44 СНиП 2.01.09-91 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. - М., 1992.

45 Руководство по комплексному освоению подземного пространства крупных городов. - М.: ГУП «НИАЦ», 2004. - 135 с.

46 Колыбин И.В. Уроки аварийных ситуаций при строительстве котлованов в городских условиях / И.В. Колыбин // «Развитие городов и геотехническое строительство». - М., С.-Пб., 2008. - № 12. - С. 90-124.

47 Гонсалвес Е.Х.С. Наклонившиеся здания города Сантос в Бразилии /Е.Х.С. Гонсалвес // Развитие городов и геотехническое строительство. - СПб.: Изд-во «Геореконструкция-Фундаментпроект», 2005. - №9. - С.132-155.

48 Власов С.Н. Аварийные ситуации при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей и метрополитенов / С.Н. Власов, Л.В. Маковский, В.Е. Меркин. - М.: ТИМР, 2002. - 183 с.

49 Петрухин В.П. Геотехнические проблемы строительства в Москве - крупнейшем мегаполисе России / В.П. Петрухин // Геотехнические проблемы мегаполисов. - СПб.: Изд-во «Группа компаний Геореконструкция», 2010 - Т.1,-С. 259.

50 Колыбин И.В. Подземные сооружения и котлованы в городских условиях — опыт последнего десятилетия. — М.: Российская геотехника — шаг в XXI век. Труды юбилейной конференции, посвященной 50-тилетию РОМГГиФ, 2007, на CD диске. - 34 с.

51 Ильичев В.А. Расчет и проектные решения по геотехнике при строительстве Центрального ядра ММДЦ «Москва-Сити» / В.А. Ильичев, В.П. Петрухин, Б.Ф. Кисин, А.Б. Мещанский, И.В. Колыбин. - М.: НИИОСП

им. Н.М.Герсеванова - 70 лет. Труды института, Изд. «Экономика Строительство Транспорт», 2001. -С. 61-69.

52 Колесников B.C. Возведение подземных сооружений методом «стена в грунте». Технология и средства механизации: Учебное пособие / B.C. Колесников, В.В. Стрельникова. - Волгоград: Изд-во ВолГУ, 1999. -144 с.

53 Картозия Б.А. и др. Шахтное и подземное строительство в 2 т. Том 1. - М.: МГТУ, 2003. - 732 с.

54 Смородинов М.И. Строительство заглубленных сооружений. Справочное пособие / М.И. Смородин. - М .: Стройиздат, 1993. - 209 с.

55 Моррисо Г. «Мариинский театр-Ii» - крупнейший проект Санкт-Петербурга / Г. Моррисо, В.М. Улицкий, В.А. Ильичев, А.Г. Шашкин, Л.Я. Гладштейн, М.И. Богданов, М.И. Нейзберг, К.Г. Шашкин, В.Н. Парамонов, Г.Ф. Левин, В.А. Васенин // Реконструкция городов и геотехническое ' строительство. - СПб.: Изд-во «Геореконструкция-Фундаментпроект», 2005. - №9. - С. 181-202.

56 Петрухин В.П. Геотехнические особенности строительства московского международного делового центра (ММДЦ) «Москва-Сити» / В.П. Петрухин, O.A. Шулятьев // Развитие городов и геотехническое строительство. - СПб.: Изд-во «Геореконструкция-Фундаментпроект», 2008. -№12-. 54-89.

57 Преображенский С.П. «Стена в грунте»: устройство ограждения котлована по варианту буросекущиеся сваи / С.П. Преображенский // Метро и тоннели.-2006.-№1- С. 38-39.

58 Малинин А.Г., Малинин П.А. Строительство технологических шахт с помощью струйной цементации / А.Г. Малинин, П.А. Малинин // Метро и тоннели. - 2006. - №1. - С. 40-43.

59 Малинин А.Г., Малинин П.А. Применение струйной цементации / А.Г. Малинин, П.А. Малинин // Метро и тоннели. - 2003. - №3. - С. 16-18.

60 Преображенский С.П. Опыт сооружения обделки тоннелей с применением «стена в грунте» / С.П. Преображенский // Метро и тоннели. -2006. - №2. - С. 28-30.

61 Малинин А.Г. Применение технологии струйной цементации грунтов в транспортном строительстве / А.Г. Малинин // Метро и тоннели. -2001.-№6-С. 16-18.

62 Богов С.Г. Исследование прочностных свойств грунтов, закрепленных по струйной геотехнологии. Некоторый опыт строительства на слабых грунтах / С.Г. Богов // Интернет-журнал «Реконструкция городов и геотехническое строительство». - 2000. - № 2. - С. 66-70.

63 Малинин А.Г. Обоснование расхода цемента при струйной цементации грунта // Проблемы развития транспортных и инженерных коммуникаций. - 2003, №2-3. - 9 с.

64 Ильичев В.А. Прогноз деформаций зданий вблизи котлованов в условиях плотной городской застройки Москвы / В.А. Ильичев, П.А. Коновалов, Н.С. Никифорова // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2004. - № 4. - С. 17-21.

65 Ильичев В.А. Исследование влияния строящихся заглубленных сооружений на деформации близрасположенных зданий / В.А. Ильичев, П.А. Коновалов, Н.С. Никифорова // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2002. - № 4. - С. 8-11.

66 Буценко В.О. Исследование поведения и взаимного влияния крепления котлована и прилегающего к нему грунтового массива / В.О. Буценко // Метро и тоннели. - 2014. - №2. - С. 32-34.

67 Улицкий В.М. Расчетная оценка взаимного влияния зданий и подземных сооружений/ В.М. Улицкий, А.Г. Шашкин, К.Г. Шашкин, В.А. Васенин // Реконструкция городов и геотехническое строительство. -СПб.: Изд-во «Геореконструкция - Фундаментпроект», 2004. - №8. - С.68-82.

68 Улицкий В.М. Деформирование основания при устройстве глубоких котлованов: сравнение различных методов расчета с данными натурных наблюдений / В.М. Улицкий, А.Г. Шашкин, К.Г. Шашкин, М.Б. Лисюк, В.А. Васенин // Развитие городов и геотехническое строительство. - СПб.: Изд-во «Геореконструкция - Фундаментпроект», 2008. - №12. - С.29-53.

69 Улицкий В.М. Геотехническое сопровождение развития городов (практическое пособие по проектированию зданий и подземных сооружений в условиях плотной городской застройки) / В.М. Улицкий, А.Г. Шашкин, К.Г. Шашкин. - СПб.: Стройиздат Северо-Запад», Группа компаний «Геореконструкция», 2010.-551 с.

70 Брандль X. Разрушение глубокого котлована в условиях городской застройки // Развитие городов и геотехническое строительство / X. Брандль. - СПб.: Изд-во «Геореконструкция - Фундаментпроект», 2008. -№12. - С.170-179.

71 Peck R.B. Deep excavation and tunneling in soft ground // Proceedings of the 7th international conference on soil mechanics and foundation engineering. Mexico City. State of the art Volume, 1969. - P. 225-290.

72 Sugimoto. Prediction for the Maximum Settlements of Ground Surface by Open Cut // Proceedings of Japan Society of Civil Engineers, 1986. -№ 373. - VI-5.

73 Bowles J.E. Foundation Analysis and Design, 4th edition. McGraw-Hill Book Company. - New York, 1988. - Vol. 91. - P. 79-99.

74 Clough G.W., O'Rourke T.D. Cunstruction-induced meovements of in-situ walls // Design and Performance of Earth Retaining Structures, Ithaca, N.Y. ASCE, 1990. - SP №25. - P. 439-470,

75 Парамонов B.H. Метод конечных элементов при решении нелинейных задач геотехники / В.Н. Парамонов. - СПб.: Группа компаний «Геореконструкция», 2012. - 262 с.

76 Габдрахманов Ф.Г. Исследование напряженно-деформированного состояния при откопке котлованов. — Автореферат диссертации к.т.н. - Л.: ЛИСИ, 1990. - 24с.

77 Малый И.М. Анкерное крепление котлованов / И.М. Малый, П.А. Маслов // Метро и тоннели. - 2006. - №1. - С. 34-37.

78 Стаин А.В. Устойчивость траншей для контрфорсных «стен в грунте» / А.В. Стаин // Метро и тоннели. - 2006. - №3. - С. 34-35.

79 Finno R.J., Harahap I.S. Finite element analysis of HDR-4 excavation // Journal of Geotechnical Engineering. ASCE, 1991. - Vol. 117. - № 10, -P. 1590-1609.

80 NG C.W.W., Lings M.L. Effects of modeling soil nonlinearity and wall installation on back analysis of a deep excavation in stiff clay // Journal of Geotechnical Engineering, v. 121, (10), ASCE, 1995. - P. 687-695.

81 Ou C.Y., Yang L.L. Ground movement induced by the construction of diaphragm wall // Geotechnical Research Report № GT200005. Department of construction engineering. National Taiwan University of Science and Technology. Taipei. Taiwan. R.O.C., 2000. - P. 689-698.

82 Woo S.M. Method, design and construction for buildings protection during deep excavation // Sino-Geotechnics, 1992. - №40. - P. 51-61,

83 Петрухин В.П. Опыт проектирования и мониторинга подземной части Турецкого торгового центра / В.П. Петрухин, О.А. Шулятьев, О.А. Мозгачева // Основания, фундаменты и механика грунтов. - М., 2004. -№ 5 - С. 2-8.

84 Пинто А. Театр Сирко: работы по укреплению фундаментов при увеличении подземного пространства Столетнего Театра / А. Пинто, М. Гувэйа // Реконструкция городов и геотехническое строительство. - СПб., 2003.-№7.-С. 169-174.

85 Улицкий В.М. Подземные сооружения в условиях плотной городской застройки на слабых грунтах / В.М. Улицкий, А.Г. Шашкин //

Развитие городов и геотехническое строительство. - СПб.: Изд-во «Геореконструкция - Фундаментпроект», 2008. - №12. - С. 19-28.

86 D.T. Goldberg, W.E. Jaworski, M.D. Gordon. Lateral support systems and underpinning. Volume 1. Design and construction / Federal Highway Administration Report FHWA RD. 1976. - P. 75-128.

87 David Jim Bentler., Finite Element analysis of deep excavations, Дисс. канд. техн. наук: - Научная библиотека диссертаций и авторефератов, 1998.-296 с.

88 Moormann С. Analysis of wall and ground movements due to deep excavations in soft soil based on a new worldwide database // Soils and Foundations, 2004. - 44(1). - P. 87-98.

89 BCH 160-69. Инструкция по геодезическим и маркшейдерским работам при строительстве транспортных тоннелей. - М., 1969. -103 с.

90 РД 07-166-97 Инструкция но наблюдениям за сдвижениями земной поверхности и расположенными на ней. - М., 1997. - 36 с.

91 Саммаль А.С. Оценка напряженного состояния обделок коллекторных тоннелей, восстанавливаемых бестраншейным способом в условиях городской застройки / Саммаль А.С., Лещева О.М., Фотиева II.H. // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. -Тула: Изд. ТулГУ, 2013. - №11. - С.361-367.

92 Саммаль А.С. Оценка остаточного ресурса бетонной обделки подземного сооружения по измеренным значениям конвергенции / В.Д. Барышников, П.В. Деев, А.С. Саммаль // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - Екатеринбург, 2012. -№ 3. - С. 49-54.

93 Дидух Б.И. Упругопластическое деформирование грунтов: монография / Б.И. Дидух. - М.: УДН, 1987. - 166 с.

94 Степаненко С.В. Численное моделирование деформирования грунтового массива при сооружении насосной камеры под защитой буросекущих свай / С.В. Степаненко, М.Г. Попов // Освоение минеральных

(У

ресурсов Севера: проблемы и решения: Труды 10-ой Межрегиональной научно-практической конференции. - Воркута, 2012. - Т.1.- С. 116-119.

95 Степаненко C.B. Методика прогноза смещений грунтового массива при строительстве подземного сооружения под защитой ограждающей стены / C.B. Степаненко, М.Г. Попов // Записки Горного института. - СПб.: РИЦ Горного университета, 2012. - Т. 199. - С. 55-59.

96 Степаненко C.B. Моделирование работы конструкций заглубленного подземного сооружения / C.B. Степаненко, А.Г. Протосеня, Д.А. Потемкин // Записки Горного института. - СПб.: РИЦ Горного университета, 2012. - Т.199. - С. 180-184.

97 Степаненко C.B. Исследование смещений стены из буросекущих свай при строительстве котлована. Записки Горного институт / C.B. Степанеко // - СПб.: РИЦ Горного университета, 2012. - Т.199. - С. 196198.