Влияние техники и технологии на образование дефектов ограждении при строительстве способом «Стена в грунте»

Ю.Н. Куликов Е.Ю. Куликова

Московский государственный горный университет

ВЛИЯНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ НА ОБРАЗОВАНИЕ {ДЕФЕКТОВ ОГРАЖПЕНИИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СПОСОБОМ

«СТЕНА В ГРУНТЕ»

Образование дефектов в ограждениях подземных сооружений, возведенных траншейным способом "стена в грунте", связано с несовершенством технологии, приводящей к появлению ослабленных мест и к созданию условий для последующего разрушения конструкций по мере их старения. Чаще всего дефекты являются результатом не какой-то единственной причины, а целой совокупности причин, одна из которых проявляется наиболее отчетливо. Изучение литературных источников, данных практики и специальных исследований позволяет сделать вывод, что все дефекты являются результатом отсутствия удовлетворительных способов управления процессами формирования качества возводимых конструкций в силу недостаточных знаний об их протекании; несовершенства применяемой техники и технологических приемов; низкой квалификации строителей и недостаточной культуры производства.

Техника и технология производства работ при данном способе строительства были проанализированы с позиций их влияния на качество работ и создания предпосылок появления дефектов.

Результат анализа приводится в таблицах 1 и 2.

Характерными особенностями технологии строительства подземных соору жений способом "стена в грунте" являются: бетонирование стен методом ВПТ ( очень редко ВР) или установка стеновых панелей в среде глинистого раствора; использование

ограничителей разнообразных конструкций; разнородность материала не извлекаемых ограничителей и материала стен; применение бетонов с низким порогом водонепроницаемости ^2) и средним расходом цемента ( 350 кг/см3 ); высокий показатель подвижности бетонных смесей и растворов (литые смеси), предопределяющий возможность расслаивания их при укладке в конструкцию и неравномерность свойств бетона стен по высоте.

Ниже приводится анализ влияния этих особенностей на качество ограждающих конструкций сооружения и, в частности, на появление ослабленных мест, служащих источником дефекта.

Влияние глинистого раствора. Исследование НИИ оснований и подземных сооружений, НИИЖБ и др. [1, 2] установлено, что содержание глины в затвердевшем бетоне может достигать 1,4% его массы. Это снижает прочность на бетона 40-70% от проектной. Прочность сцепления арматуры с бетоном снижается на 28-45% у гладкой арматуры и на 47-65% у арматуры периодического профиля при пребывании их в глинистом растворе от 1 до 72 часов.

Противоречивы сведения о влиянии остатков глинистого раствора на проницаемость бетона и технологических стыков. Одни авторы считают, что проницаемость увеличивается, другие - что имеет место дополнительное уплотнение путей миграции воды за счет набухания глины. Эти противоречия наблюдаются и на практике.

Таблица 1. Характерные особенности технологии возведения ограждений методом 'стена в грунте"

С/11 Материал стен Отличительные особенности тех нологии возведения стен Ограничители Порядок Характеристики бетона стен

Конструкция извлека емость глубина. м возведения МПа Я п. Расход цемента, кг/м!

I 1 монолитный бетон Подводное бетонирование (ВПТ) при использовании: а) металлические инвентарные трубы б) то же с приваренными уголками (вибрационный) в) из швеллеров с накладками в 1/2 трубы г) ж/б балки прямоугольного сечения д) ж/б перемычки е) металлические двутавровые балки через 1.2-1.5 м ж) стальней лист, приварен кый к арматурному каркасу з) вертикальные полихлорви-нияовые полосы толщиной 2-4 мм. шириной 20-25 мм извл. извл. извл неизвл. неизвл неизвл. неизвл. неизвл. 15 15 >15 любая любая любая £30 £30 заходки воз водятся пос ледова тельно; то же - в шахматном порядке

а) литой смеси (подача по тру бам самотеком) £20 £2 16-20 £50 £350

6) ислужесткой смеси с уплотнением вибратором, навешенным ка трубу (подача по трубам самотеком) £20 £2 6 12 £50 £350

в) пслужесткой смеси бетононасосами по телескопическим трубам (под давлением) £20 £2 6-7 £50 £350

2 Подводное бетонирование методом ВР (раздельное бетонирование) £20 £2 - £50 £350

3 Бетонирование с испольэова- ни-ем навесных опалубок £20 £2 <1 5 £50 £350

п сборные к/б панели г) сборные элементы устанавли веют в траншеи с медленнотвер девдим раствором, заполняю»м стыки а) панели с пазухами и греб ня.ми на их торцах б) между панелями устанавли вают сваи с пазухами, в кото рые вставляют панели неизвл неизвл. 12-15 до 30 заходки возводятся последовательно, то же - в £30 £2 £50

д) сборные элементы устанавливают в траншеи с глинистым раствором с заделкой стыков восходящим цементно-песчаным раствором а) на стыках панелей открытые полости, куда подается восходящий раствор неизвл. .25 лахматмом порядке £30 £2 £50

е) пазуха между грунтом и сборным элементом тампонируется, изнутри стыки заделываются по мере разработки ядра а) со стороны массива горных пород глино-цементный тампонаж, изнутри накладки из металла неизвл .25 £30 £2 £50

III монолитные* сборные ж/б панели ж) стена в нижнем ярусе из мсно литнеге бетона, в верхнем - из сборных ж/б панелей те же. что и в п. I; 1. 2. 3; а-з извл неизвл £25 яя хватки возводятся последовательно; тс же - в шахматном порядке £30 £2 4-20 £50 £350

з) двухслойная стена из сборных ж/б панелей + монолитная толща грунтом и панелью те же. что и в п. 1,1, 2. 3; а з извл. неизвл. £25 £30 £2 4-20 £50 £350

р/ твердеющие глино-иемент-ные растворы и) закачка глино-цементного раствора по секциям (захваткам) грязевыми насосами через трубы £1-50-60 мм, опущенными до дна траншеи любая за ходками по 6-7 м 0,5-1,0 V (0.5 1) 104 см/с 200-400

Таблица 2 Характерные дефекты технологии при траншейном способе возведения стон методом 'стена в |рунте"

л/п Вилы дефектов ограждения возведен ных траншейным методом 'стена в грунте" Тип технологии по таблиив 1 Нормы. ИСЛОЛЬ зованные при проектировании и строительстве Методы контроля Способы устранения дефектов ограждений.

лрименяемые возможные к применению грунте"

• Отклонение положения заходки в пла не от проектного Г (1 3>. II. П1. IV СНиП 3.02.01.83 СН 477 7Ь ГОСТ 10180 86 СНиП III 9-'/< СНиП III 15-76 визуальный, измерение метром, нивелиром, теодолитом использование совершенных ограничителей, тщательный контроль их положения при уста новке в траншее

2 Неллотный ("зияющий") стык между за ходками Сраэдир") I (1. А, Б. В); 1П (Ж) вырубка дефектного бетона. местное бетонирование

3 Просачивание грунтовых вод через бе тон в районе стыка заходок с последующим разрушением его I (1-3). 11 (1 Х.Е); III (Ж-3) визуальный ультразвуковые, изотопные, люминесцентные использование бетонов с добавками уплотни телими. усиливающими адгезию бетона, тампо наж стыка, гидроизоляция поверхности сооружения

4 Смещение положения заходки по вер тикали (при разработке траншеи, бето нировании или разработке ядра) I (13), II (Г.Д,Е>. III (1-3), IV измерение стальным метром, шаблон, теодз лит. нивелир радиолокация тщательный марклейдерский контроль верти кальности траншей; установка диафрагм пе ре к рыт ий по мере разработки ндра

S Снижение прочности бетона за счет попадания в него глинистого раствора I а, А, Б, в>. III (Ж-3) отбор проб, контроль положения конца бето-нолитной плиты электрические измерения тщательный контроль технологических процессов при бетонировании ме-"одом ВПТ. при менение плотных бетснов

6 Сниженная прочность и плотность панелей за счет недостатков технологии изготовления II (ГАЕ) неразрушаюшие метол?. тампонаж зазора плотными и прочными ра створами. гидроизоляция поверхности сооружения

7 Различия в прочности нижьей и верх ней частей заходок I а. А. 5. В) отбор г.рсб, контре/ г стабильности смеси электрические /эмерения применение жестких бетонных смесей при возведении с те/.

S Локальные течи по площади заходок 1 (и.з>. I:. ш контроль стабильнос'и смеси подбор однородных бетонных смесей, тампо наж зазора, эаделка течей, применение доба вок суиерпластификаторов

9 Падение (во времени) пассивирующего действия защитного слоя бетона (для арматуры) I (1.2,3); И. III отбор проб, лаборатср ные исследования применение бетонов с уеличенным ражодом цемента, цементов с высоким содержанием окиси кальция, защитные покрытия

Ю Просачивание грунтовых вод по стыку между заходками I (1.2,3); II. III визуальный ультразвуко ные тампона* стыксв. гидроизоляция поверхности сооружения

U Низкое качество лицевой поверхности бетона заходок I (12). III 01) визуальный. мерный, ультразвуковые замеры нанесение штукатурного или иного отделоч ного слоя

’.2 Разрушение бетона в период эксплуатации агрессивными грунтовыми нодами I (1.2.3>. И. III. IV отбор проб, лаборатср ные исследования электрические и ультразвуковые применение плотных бетонов при строитель стве. тампонаж покрытия поверхности сооружения

13 Разрушение бетона в период эксплуатации промышленными и автомобильными газами I (1.2.3); II. III отбор проб, лаборатор ные исследования * * то же

и Постепенный размыв завесь: грунтовы ми водами IV тщательный подбор глино цементного раство ра при строительстве

;s Снижение прочности сцепления арма туры с бетоном I (1Л III (*) лабораторные исследования электрические и ультразвуковые промывка арматурных каркасов перед гогру жением в глинис-ый раствор, инъеккии

Основываясь на положениях проф. И.Н. Ахвердова [3] можно следующим образом трактовать указанные явления. С попаданием глинистых частиц в бетон или на контакты бетона с арматурой, или в зону технологического шва, резко увеличивается В/Ц приграничного слоя свежеуложенного бетона на контакте с предыдущей заходкой. Известно [3], что при превышении В/Ц величины 1,65 Кнг, где Кнг - нормальная густота цементного теста, образуется сильно проницаемый цементный камень с крупными порами, имеющие диаметр свыше 200 мк. Высокая дисперсность глины, особенно бентонитовой, обуславливает высокий уровень связывания воды: 100 г. сухого бентонита может связать до 700 г. воды. Эта вода при твердении бетона перераспределяется между частицами цемента, что и ведет к падению прочности бетонов в целике, на контакте с арматурой и образованию на стыках разуплотненной зоны. При высоких В/Ц величина пор настолько превышает размеры частиц разбухшей глины, что уплотнения бетона и стыков не происходит. При низких В/Ц это может произойти. Описанный механизм объясняет появление дефектов конструкции бетонных стен, указанных в пунктах 3; 5; 8; 9; 10; 12; 13; 15 таблицы 2.

Сказанное позволяет сделать важный для практики вывод: при применении бетонной монолитной "стены в грунте" необходимо применять бетонные смеси с низким В/Ц, значительно меньших 1.65 Кнг

Влияние подвижности бетонной смеси. Использование при методе ВПТ литой бетонной смеси (Псм- 16-20 см) предполагает назначение при подборе ее высокого В/Ц, предельно приближенного к 1.65 Кнг. Малейшее загрязнение бетонной смеси глинистым раствором приводит, за счет перераспределения влаги, к ощутимому превышению этой величины и как следствие, к резкому увеличению пористости бетона, его проницаемости, расслаиваемости бетонной

смеси с отжатием избытка воды в нижних слоях и переизбытка ее в верхних. Создается условие для появления дефектов, указанных в пунктах5; 7; 8; 9; 12; 13; 15 таблицы 2. Чтобы избежать этого, необходимо изменить традиционный подход к регулированию текучести и стабильности бетонной смеси. В частности, необходимой степени подвижности бетонной смеси можно, при низких В/Ц, добиться за счет применения добавок супер-пластификаторов.

Влияние плотности бетона. Использование бетона незначительной водонепроницаемости ^2) мотивируется [3] отсутствием напорных вод в зоне заложения объектов, выполняемых способом "стена в грунте". Однако следует учитывать, что низкая плотность бетона создает условия для развития газовой коррозии, нейтрализации защитного слоя в железобетоне. Следовательно, устоявшаяся практика создает условия для появления дефектов по пунк-там6;9;13 таблицы 2. Применение более высокой марки бетона по водонепроницаемости позволило бы повысить долговечность ограждения. Достигнуть более высокой плотности бетона можно за счет низкого В/Ц, повышенного (>350 кг/см расхода цемента, введения супер-пластификаторов.

Влияние ограничителей. В целом ограничители положительно влияют на качество работ. При тщательной их установке исключаются дефекты, указанные в пунктах 1; 2; 4 таблицы 2. Вместе с тем использование неизвлекаемых ограничителей из металла с различными накладками и другими деталями, врезающимися в грунт стен, траншей, стальных листов и т.п., может привезти к ускоренной коррозии стыков и образованию дорогостоящих в ремонте дефектов. Железобетонные балки и перемычки создают условия для образования неплотных стыков.

Установлено, что чем больше разрыв во времени между бетонированием смежных заходок, тем ниже плотность стыков.

Сравнительно плотными являются стыки, забетонированные с разрывом не более 24 часов. Увеличение разрыва до 2-3 суток увеличивает проницаемость шва в 6-12 раз. Так как железобетонные ограничители изготовлены задолго до бетонирования заходок, можно ожидать повышенной проницаемости их стыка со свежеуложенным бетоном. Это создает условия для появления дефектов по пунктам 12; 13 таблицы 2. Незначительные разрывы в бетонировании смежных заходок на практике не реальна. Известно, однако, что применение добавок сильно увеличивает водонепроницаемость стыков. Отсюда следует, что применение добавок является необходимым условием повышения качества этих стыков.

Проведенный анализ показывает, что существующая технология возведения ограждений подземных сооружений траншейным способом "стена в грунте" содержит

элементы, объективно создающие условия для образования и развития дефектов, снижающих долговечность сооружения. Снизить их негативное влияние можно путем снижения В/Ц бетонных смесей, укладываемых методом ВПТ, применения добавок супер-пластификаторов при бетонировании, организацией скоростной проходки и бетонирования смежных заходок при возведении стен.

1. Подземные сооружения, возводимые способом "стена в фунте". Л., Стройиздат. 1977 г., 200

2. Смородинов М.И., Федоров Б.С. "Устройство сооружений и фундаментов способом "стена в фунте". М., Стройиздат. 1986 г. 216 с.

3. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона. М.. Стройиздат. 1981. 464 с.

©Ю.Н. Куликов, Е.Ю. Куликова

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

с.