Способ блок-модульного строительства сооружений в котлованах и заглубленное сооружение для объектов военной инфраструктуры
METHOD FOR BLOCK-MODULAR CONSTRUCTION OF STRUCTURES IN FOUNDATION PITS AND BURIED STRUCTURE FOR MILITARY INFRASTRUCTURE FACILITIES

Изобретение относится к области строительства и предназначено для возведения открытым способом заглубленных (подземных) сооружений различного назначения, в том числе к области фортификации, а именно к сооружениям военных городков и других объектов военной инфраструктуры.
Известно подземное (заглубленное) фортификационное сооружение (казарма для размещения военнослужащих) рамно-блочной конструкции, содержащее котлован, остов с входной потерной, вход и обсыпку. Остов сооружения в свою очередь собирается из отдельных, доставляемых автотранспортном, двухпролетных или трехпролетных деревянных рам, и установленных перпендикулярно входной потерне и объединенных в отдельные блоки (Патент на изобретение №2223372, опубл. от 10.02.2004, Бюл. №4). Однако, лесоматериал не является долговечным строительным материалом и, даже если его обработать антисептическими растворами, рассчитывать на длительную его эксплуатацию в условиях грунта не приходится. Практика строительства показывает, что дерево в аналогичных условиях уже через 1,5 года начинает приходить в негодность.
Известно подземное фортификационное многофункциональное сооружение, содержащий котлован, остов с входной потерной, вход и обсыпку, при этом остов выполнен из каркаса, в виде доставляемых автотранспортном металлических опор, боковых и продольных распорок, соединенных по верху и по основанию, и закрепленного на нем покрытия. Конструкция переходных панелей позволяет собирать из них внутри сооружения перегородки, разделяя тем самым его на отдельные блоки (спальное помещение, оружейная комната и т.д.) (Патент РФ №2278231, опубл. от 20.05.2006, Бюл. №17). Однако, данное многофункциональное подземное сооружение предназначено, прежде всего, для быстрого возведения и размещения (укрытия) личного состава войск на боевых позициях в непосредственном соприкосновении с противником или в условиях, обеспечивающих скрытие процесса возведения от средств разведки. Данное подземное сооружение функционально выполнено из металлических панелей и имеет невысокую степень защиты от средств поражения противника.
Известен способ возведения зданий, сооружений путем отрывки котлованов и/или траншей, подготовки основания, возведения фундаментов, и/или надземных конструкций, узлов и/или конструктивных систем с изготовлением и применением сборных и/или монолитных конструкций из бетона и/или железобетона (Ганичев И. А. Технология строительного производства, М. Стройиздат, 1972, стр. 292-294, 266, 344-352).
Известен способ монтажа заглубленных (подземных) цилиндрических сооружений (например, резервуаров), включающий в себя рытье котлована под сооружение, установку фундамента, установку сооружения в котлован и крепление его к фундаменту, засыпку установленного в котловане сооружения песком на полную глубину и вывоз вынутого из котлована грунта с территории строительной площадки (Трушин В.М. Устройство и эксплуатация установок сжиженного углеводородного газа. - Л.: Недра, 1991, с. 92). Недостатками данного способа является необходимость засыпки песком на полную глубину котлована и вывоз вынутого из котлована грунта с территории строительной площадки, что увеличивает стоимость монтажных работ.
Известен способ возведения подземного сооружения, включающий выполнение по контуру котлована «стен в грунте», поэтапную разработку грунта с монтажом на каждом этапе временного крепления в виде стальных распорок, бетонирование фундаментной плиты, с последующим возведением капитальных вертикальных несущих конструкций и перекрытий и демонтажем временного крепления. (Маковский Л.В., Чеботарев СВ., Зеге СО. Системы крепления котлованов при строительстве подземных сооружений. Учебное пособие / МАДИ (ТУ). - М., 2000. - 120 с). Недостатком этого способа является большой расход стали на временное крепление и значительные деформации распорок, повышающие вероятность перемещений окружающего породного массива, а также высокую стоимость строительства сооружения в котловане.
Известен способ возведения многоэтажного подземного сооружения, характеризующийся тем, что после выполнения по контуру возводимого сооружения «стен в грунте», сооружают перекрытия с распорным креплением его к «стенам в грунте» и монтируют инвентарные стальные конструкции в виде раскосов, поясов и стоек, которые объединяют с перекрытиями в совместную работу. Последующую разработку грунта ведут под перекрытиями несущей и распорной конструкции, а после сооружения фундаментной плиты, перекрытия опирают на капитальные вертикальные конструкции, а инвентарные конструкции демонтируют (Патент РФ №2220258, опубл. от 27.12.2003). Недостатком известного способа является большая материалоемкость инвентарных конструкций, сложность монтажа и возникновение значительных нагрузок на стены при монтаже перекрытия.
Известно, что для функционирования подземных фортификационных сооружений в условиях применения противником современных средств поражения, в состав технологического оборудования должны входить система автономного энергоснабжения, содержащая собственную электростанцию, система кондиционирования воздуха, связанной с холодильной машиной и другие системы жизнеобеспечения (Патент РФ №2647520, опубл. от 16.03.2018, Бюл. №8). Однако, монтаж указанных систем непосредственно после строительства подземных сооружений, требует значительных финансовых затрат и времени в связи с трудностями доставки оборудования технологических систем и ограниченностью пространства при их монтаже внутри подземных сооружений.
Известно устройство транспортабельного строения с высокой степенью заводской готовности и устанавливаемые на фундамент с помощью подъемных механизмов, состоящее из предварительно собранных железобетонных модулей пола, стен и потолка, которые уже в условиях цеха отделаны внутренней и наружной отделкой, а также оснащены внутренней электропроводкой, инженерным и сантехническим оборудованием, системами жизнеобеспечения, при этом панели пола прикреплены к фундаменту с помощью болтовых соединений. Данные строения оборудованы приспособлениями для транспортировки и могут перевозиться на большие расстояния (Патент РФ №2077642, опубл. от 20.04.1997 г. ). Недостатком таких зданий является то, что они предназначены для строительства наземных сооружений и не имеют усиленной гидроизоляции для их использования при строительстве заглубленных сооружений.
Известно, что гидроизоляция при создании подземных сооружений выполняется оклеечная или оплавляемая в виде сплошного замкнутого послойно склеенного водонепроницаемого покрытия, приклеенного по всей наружной поверхности (Нормы по проектированию и устройству гидроизоляции тоннелей метрополитена, сооружаемых открытым способом. BCHI04-93. -М.: 1993).
Известно устройство гидроизоляции подземного сооружения для здания, сооружения в целом, и для отдельных узлов, конструкций, элементов подземных частей в системе здания, сооружения, которая выполнена многослойной, включающей слои геотекстиля, геомембраны и внутреннего страховочного дренажного слоя из геосетки (Патент на полезную модель РФ №139821, опубл. от 27.04.2014, Бюл. №12).
Известны конструкции подземных сооружений со сборными и монолитными железобетонными фундаментной плитой и стенами, возводимых в отрытом котловане или в траншеях. Как при сборных, так и при монолитных конструкциях, гидроизоляция которых выполняется с наружной стороны, между стенами конструкции и временным креплением котлована предусматривается рабочее пространство ("пазухи") для расположения, при необходимости, водопонизительных установок, а также оборудования и рабочих для нанесения изоляции. Это пространство после возведения конструкции засыпается грунтом, а сваи крепления котлована либо извлекаются, либо оставляются в грунте. Известно возведение конструкций в котловане с откосами с последующей засыпкой грунтом (Справочник инженера-тоннельщика. - М.; Транспорт, 1993, стр. 363-368).
Известен способ бетонирования фундаментной плиты и создания подземного сооружения, возводимого в котловане, включающий укладку бетонной смеси поэтапно, при этом для укладки бетонной смеси используют литую бетонную смесь, причем на первом этапе бетонируют нижнюю часть высоты сечения плиты для образования пригруза, а на втором этапе - оставшуюся часть после схватывания бетона нижней части (Патент РФ №2131496, опубл. от 10.06.1999).
Недостатком данного решения является то, что требуется наличие специального дорогостоящего оборудования, необходимость значительных затрат при возведении стеновых и потолочных конструкций и последующего монтажа технологического оборудования в ограниченных условиях подземного сооружения.
Известно, что для защиты котлованных и подземных сооружений применяется защитный экран, включающий грунтовый слой и слой различных материалов, препятствующих поражение сооружения от боеприпасов противника, размещенных над подземным сооружение (Заявка на изобретение РФ №96106679, опубл. от 20.07.1998). Однако, в данном изобретении защитный слой над подземным сооружением выполнен в виде системы емкостей, наполненных сжатым до высокого давления газообразным веществом, причем емкости расположены многослойно над сооружением, что технически сложно для реализации и является металлоемким, дорогостоящим решением.
Известно устройство защитного экрана для фортификационных сооружений, представляющий собой многослойную конструкцию, в которой наружный слой изготовлен из листовой стали, за ним следует слой железобетона, затем слой огнеупорной керамики и еще один слой железобетона, слои отделены друг от друга стеклотканью (Патент на полезную модель РФ №95094, опубл. от 10.06.2010, Бюл. №16). Однако данное устройство защитного экрана имеет сложное и дорогостоящее конструктивное исполнение, что не позволяет его использование для подземных фортификационных сооружений большой площади.
Известен способ блок-модульного подводного строительства гидротехнических сооружений в котлованах заключается в том, что блок-модули изготавливают в заводских условиях по поточной технологии, с насыщением оборудованием и устройствами, затем блок-модули доставляют их к месту строительства и устанавливают в проектное положение на предварительно подготовленное основание в один, два или более ярусов в зависимости от высоты сооружения с помощью плавучих подъемных средств, блок-модули надежно скрепляют друг с другом и герметизируют по сопрягаемым частям с помощью быстро соединяемых фланцевых и других устройств и разъемов коммуникаций. Известно устройство заглубленного сооружения, созданным по данному способу строительства, содержащего котлован с предварительно подготовленным основанием для установки блок-модулей, несколько блок-модулей заводского изготовления, насыщенных оборудованием и устройствами, установленных и закрепленных на подготовленном основании котлована, а также коммуникации, соединяющие блок-модули, при этом блок-модули соединены между собой различным способом, а все блок-модули и коммуникации покрыты гидроизоляцией по внешней поверхности (Патент РФ №2401356, опубл. от 10.10.2010, Бюл. №28).
Однако, предлагаемый способ строительства предназначен для подводного строительства, а возводимые заглубленные (ниже уровня поверхности земли) сооружения не имеют защиты от средств поражения противника, а также отсутствуют системы экстренной эвакуации при экстремальных ситуаций.
Технический результат, который может быть получен при применении данного изобретения, заключается в снижении стоимости строительных и монтажных работ при строительстве заглубленных сооружений в грунте, повышении надежности эксплуатации и защиты личного состава от средств поражения противника, а также возможности быстрой эвакуации при возникновении экстремальных ситуаций.
Для достижения данного технического результата в предлагаемом способе блок-модульного строительства сооружений в котлованах, заключающийся в том, что блок-модули изготавливают в заводских условиях по поточной технологии, с насыщением оборудованием и устройствами, затем блок-модули доставляют к месту строительства и устанавливают в проектное положение на предварительно подготовленное основание в один, два или более ярусов в зависимости от высоты сооружения с помощью подъемных средств, блок-модули надежно скрепляют друг с другом и герметизируют по сопрягаемым частям с помощью быстро соединяемых фланцевых и других устройств и разъемов коммуникаций, согласно изобретению, после отрывки котлована по площади котлована создают свайное поле и производят бетонирование дна котлована в виде монолитной фундаментной плиты, несколько блок-модулей, но не менее двух, располагают в один ярус, между собой блок-модули соединяют проходными потернами из железобетона, а по откосам котлована формируют несколько входных потерн, но не менее двух, соединяющих блок-модули с поверхностью земли, все блок-модули и проходные потерны располагают на фундаментной плиты, изготавливают из железобетона и крепят к фундаментной плите с помощью анкеров, по периметру фундаментной плиты создают дренажные каналы и соединяют с водопонизительной установкой, расположенной на поверхности земли, после этого производят засыпку котлована до уровня поверхности земли и формируют защитный экран из железобетона над всей поверхностью блок-модулей, при этом после засыпки песком на полную глубину котлована и установки защитного экрана, оставшийся вынутый из котлована грунт используют для формирования дополнительной насыпи над защитным экраном по всей площади экрана.
Введение в предлагаемый способ блок-модульного строительства сооружений в котлованах бетонирования дна котлована в виде монолитной фундаментной плиты на свайном поле, установка блок-модулей в один ярус и соединение их между собой проходными потернами из железобетона, крепление блок-модулей и проходных потерн к фундаментной плите, формирование нескольких входных потерн из железобетона, соединяющих блок-модули с поверхностью земли, создание по периметру фундаментной плиты дренажных каналов, соединенных с водопонизительной установкой, расположенной на поверхности земли, а также размещение на уровня поверхности земли защитного экрана из железобетона над всей поверхностью блок-модулей, и дополнительной насыпи над защитным экраном по всей площади экрана позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности снижении стоимости строительных и монтажных работ при строительстве заглубленных сооружений за счет применения железобетонных блок-модулей, насыщенных оборудованием и устройствами, высокой заводской готовности и снижение стоимости вывоза грунта за счет использования оставшегося вынутого из котлована грунт в виде дополнительной насыпи по всей площади над заглубленным сооружением, повышении надежности защиты личного состава от средств поражения противника за счет использования для изготовления всех элементов сооружения (блок-модулей, потерн) из железобетона, а также железобетонного защитного экрана и дополнительной грунтовой насыпи по всей площади над заглубленным сооружением, и возможности быстрой эвакуации при возникновении экстремальных ситуаций за счет использования нескольких входных потерн из железобетона, соединяющих блок-модули с поверхностью земли, а использование созданных по периметру фундаментной плиты дренажных каналов, соединенных с водопонизительной установкой, расположенной на поверхности земли, обеспечивает повышение надежности эксплуатации заглубленного сооружения за счет снижения уровня грунтовых вод вокруг сооружения.
Предлагаемый способ блок-модульного строительства сооружений в котлованах может быть осуществлен при создании описываемого ниже заглубленного сооружения для объектов военной инфраструктуры.
Заглубленное сооружение для объектов военной инфраструктуры, содержащего котлован с предварительно подготовленным основанием для установки блок-модулей, несколько блок-модулей заводского изготовления, насыщенных оборудованием и устройствами, установленных и закрепленных на подготовленном основании котлована, а также коммуникации, соединяющие блок-модули, при этом блок-модули соединены между собой различным способом, а все блок-модули и коммуникации покрыты гидроизоляцией по внешней поверхности, снабжено основанием котлована, выполненным в виде железобетонной фундаментной плиты, установленной на свайном поле, проходными потернами, соединяющими блок-модули между собой, установленных в один ярус, входными потернами, соединяющими блок-модули с поверхностью земли, дренажными каналами по периметру фундаментной плиты, соединенных с водопонизительной установкой, расположенной на поверхности земли, а также защитным экраном из железобетона над всей поверхностью блок-модулей, установленным на грунте на уровне земли, и дополнительной насыпи, размещенной над защитным экраном, выше уровня земли, при этом все блок-модули и потерны выполнены из железобетона.
На фиг. 1 изображено заглубленное сооружение для объектов военной инфраструктуры, созданное при использовании предлагаемого способа блок-модульного строительства сооружений в котлованах.
Заглубленное сооружение для объектов военной инфраструктуры расположено в котловане 1, основание которого выполнено в виде фундаментной железобетонной плиты 2, установленной на свайном поле, состоящее из свай 3. На железобетонной плите 2 установлены в один ярус железнобетонные блок-модули 4 высокой заводской готовности и соединены между собой проходными потернами 5. Блок-модули 4 оснащены входными потернами 6, соединяющими блок-модули 4 с поверхностью земли и установленными по откосам котлована 1. По периметру фундаментной плиты 2 проложены дренажные каналы 7, соединенные с водопонизительной установкой 8, расположенной на поверхности земли. Над всей поверхностью блок-модулей 4 в грунте 9 на уровне земли установлен защитный экран 10 из железобетона, поверх которой размещена дополнительная насыпь 11, размещенной над защитным экраном 10, выше уровня земли, при этом все блок-модули 4 и потерны 5, 6 выполнены из железобетона и покрыты гидроизоляцией по внешней поверхности. Блок-модули 4 и потерны 5, 6 крепятся к фундаментной железобетонной плит 2, например, с помощью анкерных болтовых соединений (на рис. не показаны).
Предлагаемый способ блок-модульного строительства сооружений в котлованах осуществляют в описанном устройстве следующим образом.
Первоначально производят отрывку котлована 1. Одновременно к месту котлована 1 транспортными средствами (например, автомобилями) доставляют железобетонные блок-модули 4, изготовленные в заводских условиях по поточной технологии, с насыщением оборудованием и устройствами. Доставленные блок-модули 4 складируются рядом с котлованом 1.
После отрывки котлована 1 по площади котлована создают свайное поле, состоящее из свай 3, и производят бетонирование дна котлована в виде монолитной фундаментной плиты 2. После создания железобетонной фундаментной плиты 2 с помощью подъемных средств (например, автокранов) на плиту устанавливаются блок-модули 4. Блок-модули 4 располагают в один ярус. После установки блок-модули 4 между соединяют проходными потернами 5 из железобетона, а по откосам котлована 1 формируют несколько входных потерн 6, но не менее двух, соединяющих блок-модули 4 с поверхностью земли. Все блок-модули 4 и проходные потерны 5 располагают на фундаментной плиты 2, изготавливают из железобетона и крепят к фундаментной плите 2 с помощью анкерных соединений. После проведения монтажных работ все блок-модули 4 и потерны 5, 6 покрывают гидроизоляцией по внешней поверхности.
По периметру фундаментной плиты 2 создают дренажные каналы 7 и соединяют с водопонизительной установкой 8, расположенной на поверхности земли. Данная система позволяет откачивать грунтовые воды из котлована 1 в дождливые сезоны.
После этого производят засыпку котлована 1 грунтом 9 до уровня поверхности земли и формируют защитный экран 10 из железобетона над всей поверхностью блок-модулей 4. При этом после засыпки грунтом 9 на полную глубину котлована 1 и установки защитного экрана 10, оставшийся вынутый из котлована 1 грунт используют для формирования дополнительной насыпи 11 над защитным экраном по всей площади экрана.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Патент на изобретение №2223372, опубл. от 10.02.2004, Бюл. №4.
2. Патент РФ №2278231, опубл. от 20.05.2006, Бюл. №17.
3. Ганичев И. А. Технология строительного производства, М. Стройиздат, 1972, стр. 292-294, 266, 344-352.
4. Трушин В.М. Устройство и эксплуатация установок сжиженного углеводородного газа. - Л.: Недра, 1991, с. 92.
5. Маковский Л.В., Чеботарев СВ., Зеге С.О. Системы крепления котлованов при строительстве подземных сооружений. Учебное пособие / МАДИ (ТУ). - М., 2000.- 120 с.
6. Патент РФ №2220258, опубл. от 27.12.2003.
7. Патент РФ №2647520, опубл. от 16.03.2018, Бюл. №8.
8. Патент РФ №2077642, опубл. от 20.04.1997 г.
9. Нормы по проектированию и устройству гидроизоляции тоннелей метрополитена, сооружаемых открытым способом. BCHI04-93. -М.: 1993.
10. Патент на полезную модель РФ №139821, опубл. от 27.04.2014, Бюл. №12.
11. Справочник инженера-тоннельщика. - М.; Транспорт, 1993, стр. 363-368.
12. Патент РФ №2131496, опубл. от 10.06.1999.
13. Заявка на изобретение РФ №96106679, опубл. от 20.07.1998.
14. Патент на полезную модель РФ №95094, опубл. от 10.06.2010, Бюл. №16.
15. Патент РФ №2401356, опубл. от 10.10.2010, Бюл. №28. - прототип.