СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА ПОДЗЕМНОГО МНОГОЭТАЖНОГО СООРУЖЕНИЯ
METHOD FOR CONSTRUCTION OF UNDERGROUND MULTISTOREY BUILDINGS

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам возведения многоэтажных подземных сооружений различного назначения открытым способом, и может использоваться в промышленном строительстве.
Известен способ строительства многоэтажного подземного сооружения с одновременной разработкой котлована, описанный в з. ЕПВ №0560660, МПК E02D 29/04, 1993.
Известный способ включает подготовительные работы, при которых в грунте выполняют ограждающую по периметру подземное сооружение стену по всей высоте сооружения, создание верхнего перекрытия на отметке, близкой к отметке дневной поверхности грунта, и последующую поэтапную разработку котлована, при которой на каждом этапе, кроме завершающего, под созданным вышележащим перекрытием с помощью землеройных и транспортирующих средств разрабатывается котлован на глубину ниже следующего нижележащего междуэтажного перекрытия, возведением которого заканчивают этот этап. Способ предусматривает последовательное сверху вниз выполнение междуэтажных перекрытий из больших железобетонных плит, каждую из которых отливают на заданном уровне расположения соответствующего перекрытия в опалубке, размещенной внутри строящегося сооружения, а затем изготовленную плиту устанавливают путем простого горизонтального перемещения по консолям, предварительно выполненным на находящихся одна против другой внутренних поверхностях продольных параллельных частей ограждающей подземное сооружение стены.
Вышеописанный известный способ удобен для строительства узких протяженных подземных сооружений, межстеновой пролет которых можно перекрыть одной плитой, однако он практически не пригоден для строительства подземных сооружений, имеющих значительную ширину. Изготовление плит междуэтажных перекрытий внутри строящегося сооружения исключает трудоемкие операции по транспортировке плит внутрь сооружения, однако приводит к увеличению сроков строительства в связи с тем, что изготовленную плиту извлечь из опалубки, переместить по консолям и установить на место в возводимое перекрытие можно лишь после достижения бетоном плиты необходимой прочности.
Известен способ строительства многоэтажных подземных сооружений, описанный в п. Германии №2540330, МПК E02D 29/04, 1976 и выбранный в качестве прототипа.
Известный способ включает возведение каркаса сооружения и установку свайных опор, бетонирование на поверхности грунта нижнего междуэтажного перекрытия с образованием в нем отверстий для свободного прохождения опор, последующего бетонирования второго и других вышерасположенных перекрытий и образование из них штабеля перекрытий, подвешивание штабеля перекрытий к головным частям опор, разработку котлована путем выемки грунта под нижним перекрытием штабеля в один или несколько этапов, и последующее опускание штабеля перекрытий вдоль опор на всю высоту котлована или на высоту, которая соответствует одному этапу выемки грунта, и закрепление перекрытий на опорах.
Данный способ является достаточно индустриальным и высокопроизводительным, однако он технологически сложен и приводит к удорожанию строительства, поскольку требует обеспечения высокой точности изготовления и жесткости каркаса для восприятия давления окружающего породного массива. Недостаток этого способа заключается также в необходимости разработки специальных устройств, обеспечивающих надежное подвешивание штабеля перекрытий на опорах в верхнем и промежуточных положениях при поэтапной выемке грунта при разработке котлована. Кроме того, разработка грунта под временно подвешенным штабелем перекрытий является операцией с повышенной опасностью производства работ.
Задачей является упрощение способа при обеспечении его безопасности.
Поставленная задача решается тем, что в способе строительства подземного многоэтажного сооружения, включающем возведение каркаса сооружения и установку свайных опор, последовательное бетонирование на поверхности грунта междуэтажных перекрытий, подвешивание перекрытий к головным частям опор, разработку котлована путем выемки грунта под перекрытием, последующее опускание перекрытий вдоль опор на всю высоту котлована на высоту, которая соответствует одному этапу выемки грунта, и закрепление перекрытий на опорах, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, вначале по контуру будущей бетонной стены устанавливают отдельно стоящие вертикальные буронабивные сваи-опоры, которые затем скрепляют в верхней части горизонтальными ригелями-балками, формируя каркас, и устанавливают на них между сваями электрогидравлические домкраты, далее на поверхности грунта бетонируют поэтапно по два перекрытия в виде круглых плит, по контуру будущей бетонной стены устанавливают вертикальную и горизонтальную опалубку, усиленную ригелями, к которым закреплены стальные стержни, для бетонирования стены, которое производят способом опускающегося бетона, между образуемой бетонной стеной и закрепленными ребрами жесткости, удерживаемыми винтовыми сваями, навешивают накачанные газом резино-стальные подушки с роликами для облегчения скольжения вниз бетонной стены, вынимают грунт под сформированными плитами перекрытия, опускают их с помощью электрогидравлических домкратов, при этом пространство между верхней и второй плитой под ней заполнено бронированными металлическими полыми шарами, в часть из которых закачан под максимально возможным давлением воздух, а в другой части из них создан вакуум, опускание плиты и опускание бетона для формирования бетонной стены производят одновременно, сформированную после выемки грунта вертикальную стену под углом 25-30° к горизонтали бурят предназначенными для закрепления стальных ребер жесткости и стальных щитов металлическими винтовыми сваями, которые являются доборными, имеют длину 5-10 м и выполнены со сквозными продольными отверстиями для закачки в них под давлением бетонной смеси после их соединения между собой.
Установка вначале по контуру будущей бетонной стены отдельно стоящих вертикальных буронабивных свай-опор, скрепляемых затем в верхней части горизонтальными ригелями-балками для формирования каркаса, и установка на них между сваями электрогидравлических домкратов в совокупности с последующим бетонированием на поверхности грунта поэтапно по два перекрытия в виде круглых плит и установкой по контуру будущей бетонной стены вертикальной и горизонтальной опалубки, усиленной ригелями, к которым закреплены стальные стержни, для бетонирования стены, которую производят способом опускающегося бетона, между образуемой бетонной стеной и закрепленными ребрами жесткости, удерживаемыми винтовыми сваями, и в совокупности с навешиванием накачанных газом резино-стальных подушек с роликами для облегчения скольжения вниз бетонной стены, выемкой грунта под сформированными плитами перекрытия, опусканием их с помощью электрогидравлических домкратов упрощает технологию строительства. При этом заполнение пространства между верхней и второй плитой под ней бронированными металлическими полыми шарами, в часть из которых закачан под максимально возможным давлением воздух, а в другой части из них создан вакуум, в совокупности с одновременным опусканием плиты и опусканием бетона для формирования бетонной стены, закреплением стальных ребер жесткости, стальных щитов и подушек на сформированной после выемки грунта стене под углом 25-30° к горизонтали металлическими винтовыми сваями, которые являются доборными, имеют длину 5-10 м и выполнены со сквозными продольными отверстиями для закачки в них под давлением бетонной смеси после их соединения между собой, обеспечивают в совокупности повышение безопасности строительства.
Технический результат - упрощение строительства при повышении его безопасности.
Заявляемый способ строительства подземного многоэтажного сооружения обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как установка вначале по контуру будущей бетонной стены отдельно стоящих вертикальных буронабивных свай-опор, последующее скрепление их в верхней части горизонтальными ригелями-балками с формированием каркаса, установка на них между сваями электрогидравлических домкратов, далее поэтапное бетонирование на поверхности грунта по два перекрытия в виде круглых плит, установка по контуру будущей бетонной стены вертикальной и горизонтальной опалубки, усиленной ригелями, к которым закреплены стальные стержни, для бетонирования стены, которую производят способом опускающегося бетона, навешивание между образуемой бетонной стеной и закрепленными ребрами жесткости, удерживаемыми винтовыми сваями, накачанных газом резино-стальных подушек с роликами для облегчения скольжения вниз бетонной стены, выемка грунта под сформированными плитами перекрытия, опускание их с помощью электрогидравлических домкратов, заполнение при этом пространства между верхней и второй плитой бронированными металлическими полыми шарами, в часть из которых закачан под максимально возможным давлением воздух, а в другой части из них создан вакуум, одновременное опускание плиты и опускание бетона для формирования бетонной стены, бурение сформированной после выемки грунта стены под углом 25-30° к горизонтали предназначенными для закрепления бетонных ребер жесткости и стальных щитов металлическими винтовыми сваями, которые являются доборными, имеют длину 5-10 м и выполнены со сквозными продольными отверстиями для закачки в них под давлением бетонной смеси после их соединения между собой, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными существенными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение указанного результата, поэтому он считает, что заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый способ строительства подземного многоэтажного сооружения может найти широкое применение в промышленном строительстве, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Изобретение иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг. 1 - вид в вертикальном разрезе этажей строящегося подземного многоэтажного сооружения с буронабивными сваями и плитами перекрытий;
- фиг. 2 - вид сверху плиты перекрытия с частичным разрезом по горизонтали.
Способ строительства подземного многоэтажного сооружения заключается в следующем.
Вначале по контуру будущей бетонной стены устанавливают отдельно стоящие вертикальные буронабивные сваи-опоры, которые затем скрепляют в верхней части горизонтальными ригелями-балками, формируя каркас. Затем устанавливают между сваями электрогидравлические домкраты. Далее проводят последовательное бетонирование на поверхности грунта междуэтажных перекрытий, бетонируя поэтапно по два перекрытия в виде круглых плит. По контуру будущей бетонной стены устанавливают вертикальную и горизонтальную опалубку, усиленную ригелями, к которым закреплены стальные стержни. Бетонирование стены производят способом опускающегося бетона. Между образуемой бетонной стеной и закрепленными ребрами жесткости, удерживаемыми винтовыми сваями, навешивают накачанные газом резино-стальные подушки с роликами для облегчения скольжения вниз бетонной стены. Вынимают грунт под сформированными плитами перекрытия и опускают их с помощью электрогидравлических домкратов. Опускание плиты и опускание бетона для формирования бетонной стены производят одновременно. При этом пространство между верхней и второй плитой под ней заполнено бронированными металлическими полыми шарами, в часть из которых закачан под максимально возможным давлением воздух, а в другой части из них создан вакуум. Сформированную после выемки грунта стену под углом 25-30° к горизонтали бурят предназначенными для закрепления стальных ребер жесткости и стальных щитов металлическими винтовыми сваями, которые являются доборными, имеют длину 5-10 м и выполнены со сквозными продольными отверстиями для закачки в них под давлением бетонной смеси после их соединения между собой.
На практике способ строительства подземного многоэтажного сооружения осуществляется следующим образом.
1. На площади 1 га размером 100×100 м производится горизонтальная планировка с обратной засыпкой несжимаемым грунтом.
2. В диаметре 30 м, 20 м, 10 м бурятся вертикальные скважины диаметром до 1 м на глубину 60 м, которые обсажены стальными трубами, проармированы и забетонированы бетоном повышенной прочности. Данные сваи будут являться колоннами 1 каркаса будущего подземного комплекса.
В диаметре 29 м на горизонтальной подготовленной площадке армируются и бетонируются круглые плиты 2 перекрытия диаметром 29 м, толщиной от 500-1000 мм - поэтапно по две плиты 2 друг на друга, которые в дальнейшем будут опускаться и являться этажным перекрытием подземного комплекса. Наверх колонн 1 устанавливаются электрогидравлические домкраты 3, которые в дальнейшем будут являться механизмами для опускания плит 2 перекрытия вниз на глубину 10 м, 20 м, 30 м, 40, 50 м ниже поверхности земли.
3. По диаметру 30 м по колоннам 1 устанавливается вертикальная опалубка 4 для стен толщиной 1 м, высота опалубки 1-1,5 м с отклонением от вертикали 1-5 градусов для уменьшения трения сцепления при опускании бетонных стен 5 вниз. Устанавливается горизонтальная опалубка 6, усиленная ригелями 7, к которым закреплены стальные стержни 8 диаметром до 100 мм. Они удерживают бетонную стену 5 между колоннами 1 при опускании электрогидравлическими домкратами 3 поэтажно на глубину.
Бетонирование происходит способом опускающегося бетона послойно толщиной 30-40 см. Слой набирает минимальную прочность для неразрушения при опускании стены (способ опускающегося бетона). Способ опускающегося бетона заключается в следующем (см. з. №2014139756 на изобретение с приоритетом от 30.09.2014 г., по которой имеется решение о выдаче патента). Обустраивают опалубку с перемещаемыми элементами из вертикальных и горизонтальных элементов. При этом с внутренней стороны вертикальной палубы размещают пленку с возможностью ее вертикального перемещения. В качестве перемещаемого элемента в опалубке используют горизонтальную палубу, которую изначально располагают на 20-30 см ниже верха вертикальной палубы. Во внутриопалубочное пространство устанавливают арматурные каркасы с частотой горизонтальных сеток, равной числу укладываемых слоев. Укладку бетона осуществляют заполнением опалубки поочередно несколькими слоями бетонной смеси на высоту, равную части высоты опалубки, причем верхний уровень укладываемой смеси ниже верха опалубки. После укладки первого слоя бетона толщиной 20-30 см на горизонтальную палубу ее опускают, удерживая верхнюю часть бетонного слоя горизонтальной арматурой от отрыва от общей массы бетона. Затем начинают укладывать второй слой бетона, опуская горизонтальную палубу вниз со скоростью 0,1-0,5 см/мин для набора бетоном минимальной прочности бетона и его уплотнения, при этом пленка внутри вертикальной опалубки движется вниз вместе с бетоном. После опускания второго слоя на глубину 40-60 см, а первого слоя на глубину 60-90 см укладывают следующий слой бетона и снова начинают опускать горизонтальную палубу с той же скоростью для набора прочности и уплотнения этого слоя. При этом первый слой, набрав необходимую плотность, выходит из нижних границ опалубки, образуя монолитный элемент стены или колонны стены.
Опалубка для бетонирования подготавливается следующим образом.
Опалубочная система представляет собой две вертикальные палубы (далее «вертикальная палуба») с минимальным уклоном от вертикали 1-5°. Вертикальные палубы неподвижны, находящаяся между ними горизонтальная палуба опускается или поднимается под воздействием электрогидромеханизмов. Горизонтальная палуба соединена с электрогидравлическим механизмом посредством металлического стержня. Две вертикальные палубы и находящаяся между ними горизонтальная палуба образуют внутриопалубочное пространство для укладки бетона.
Арматурный каркас включает в себя горизонтальные сетки по числу слоев бетона и вертикальные стержни (описание опалубки взято из описания к з. №2014139756).
В итоге бетонная стена 5 с шагом или со скоростью 30-40 см/ч опускается на глубину 50-55 м. Между образуемой бетонной вертикальной стеной 5 и закрепленными ребрами 8 жесткости к стене 5 навешиваются резино-стальные «подушки» 9 с роликами для лучшего скольжения вниз. «Подушки» 9 закачиваются газом при вибрации грунта; при искусственном повышении температуры газ увеличивается в объеме. В этом случае поглощается сейсмическое воздействие на бетонную оболочку 5 и дополнительно удерживается грунт от обрушения.
4. После того как плиты 2 перекрытия набрали прочность, механизированным способом под ними вынимается грунт на глубину 10-50 м. Стены котлована под углом 25-30° от горизонта бурятся металлическими винтовыми сваями 10, которые являются доборными, длиной 5-10 м в глубину стены грунта на 30-50 м. Внутри сваи 10 по всей длине имеется сквозной проход диаметром 50 мм, в который после соединения частей винтовой сваи 10 закачивается под давлением бетонная смесь.
В нарезных участках забоя винтовой сваи 10 имеется отверстие для выхода бетонной смеси, которое образует в грунте и вокруг забоя бетонный «якорь» для лучшего закрепления сваи в грунте. Сваи 10 закрепляют бетонные ребра 11 жесткости и стальные щиты 12 для необрушения во время выемки грунта и бетонирования внешней стены 5.
1
0
2
0
Плита 2 перекрытия и стена 5 (начало стены 5) опускаются одновременно, последующие плиты 2 перекрытия опускаются после бетонирования вышележащей плиты 2 и достижения нижележащей плитой 2 глубины 10 м. В итоге плиты 2 перекрытия закрепляются на колоннах 1 и на бетонной стене 5 на отметках - 10 м, - 20 м, - 30 м, - 40 м, - 50 м. Верхняя плита 2 бетонируется толщиной 2,5-3 м.
0
1
5. Между верхней плитой 2 и второй плитой 2 на глубине - 10 м пространство заполнено бронированными металлическими, полыми внутри, шарами 13 диаметром 200-300 мм. Внутри одних шаров 13 закачан под максимально возможным давлением газ, который при возможном выходе расширяется и увеличивает давление выхода струи; внутри других шаров 13 создан максимальный вакуум для возможной энергии разрушения, которая будет втягиваться в шар при нарушении стены 5.
В сравнении с прототипом заявляемый способ строительства является более простым и менее опасным.