СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА МНОГОЭТАЖНОГО ПОДЗЕМНОГО СООРУЖЕНИЯ
METHOD TO ERECT MULTISTORY SUBSURFACE STRUCTURE

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для возведения подземных многоэтажных сооружений различного назначения, разных габаритов и конфигурации в условиях тесной существующей застройки и слабых водонасыщенных грунтов.
Строительство глубоких котлованов под подземные сооружения в стесненных городских условиях требует применения таких технологий, которые минимизируют деформации эксплуатируемых зданий, попадающих в зону влияния нового строительства. Одной из таких технологий является возведение подземных сооружений и нулевых циклов зданий способом «сверху-вниз» или «top-down».
Технология строительства методом «сверху-вниз» включает выполнение по контуру возводимого сооружения стены ограждения, устройство проектных плит перекрытий сначала на верхних этажах, выемку грунта из-под этих перекрытий, а затем возведение перекрытий на нижележащих этажах, выемку грунта из-под них и строительство фундаментной плиты. Во время строительства все плиты перекрытия опираются на сваи и ограждение котлована. После возведения проектных колонн и стен, набора соответствующей прочности их бетона и узлов соединения с перекрытиями все временные конструкции удаляются.
Наиболее универсальным способом ограждения котлована является ограждение с помощью стального шпунта, буровых свай различной конструкции и устройство «стены в грунте». Наличие слабых водонасыщенных грунтов требует дополнительных мероприятий по выполнению защитных экранов из буросекущихся свай, применение струйной цементации грунтов, использование тяжелого гидротехнического шпунта.
Для обеспечения устойчивости ограждающей конструкции при глубине котлована более 4-6 м применяется ее крепление распорными или анкерными конструкциями.
Роль распорок в котлованах, сооружаемых по технологии «сверху-вниз», играют проектные плиты перекрытия, жесткость которых значительно выше, чем традиционных стальных конструкций. Благодаря увеличению жесткости распорных конструкций снижаются деформации грунта вблизи ограждения котлована и уменьшается его влияние на окружающую застройку, тем самым повышается безопасность при строительстве.
Применение технологии строительства «сверху-вниз» позволяет добиться следующего:
- убрать дорогостоящую распорную систему;
- повысить жесткость и, соответственно, уменьшить деформации существующих зданий;
- совместить строительство нулевого цикла с возведением надземных этажей и, тем самым, сократить сроки ввода здания;
- снизить расход металла на шпунт.
Существенными минусами такой технологии являются:
- удорожание разработки грунта по сравнению с открытым способом;
- необходимость добавления временных свай.
Кроме того, сложнейшей задачей является обеспечение безопасности непосредственно на строительстве при откопке котлована «сверху-вниз». Следует очень тщательно конструировать узлы сопряжения временных и постоянных конструкций подземного сооружения, чтобы нагрузку от верхних строений перенести с временных на постоянные проектные конструкции.
Известен способ возведения подземных многоэтажных сооружений, при использовании которого под каждую колонну роют котлованы глубиной, соответствующей высоте сооружения, затем опускают в котлован арматуру и производят бетонирование колонн в опалубке до уровня перекрытия следующего этажа, разрабатывают забой и проводят в забое бетонирование плиты перекрытия. В такой последовательности работы ведут до последнего этажа, при этом вокруг каждого этажа устанавливают шпунтовое ограждение (см. патент Франция №2067521, МПК Е02D 29/04, 1971).
Недостатками этого способа являются сложность выполнения и низкая производительность при проведении в забое работ по разработке грунта под возведенным перекрытием и бетонированию следующего перекрытия, что приводит к увеличению сроков и удорожанию строительства.
Известен способ возведения многоэтажного подземного сооружения (варианты) в соответствии с патентом РФ №2220258, приоритет от 04.04.2003.
Способ по первому варианту предусматривает следующие операции: выполнение по контуру возводимого сооружения стен в грунте, выполнение на спланированной поверхности грунта перекрытия с распорным креплением его к возведенным стенам в грунте, монтаж инвентарной несущей конструкции с опорой ее на возведенные в грунте стены и крепление к инвентарной несущей конструкции наращиваемых подвесок. Далее следует разработка грунта под перекрытием в пространстве, ограниченном стенами. Разработка производится ярусами, с высотой каждого яруса, не меньшей высоты этажа возводимого сооружения. После разработки грунта каждого яруса, кроме последнего, возводится соответствующее перекрытие, а после разработки грунта последнего яруса - фундаментная плита. При этом при возведении каждого перекрытия после разработки грунта очередного яруса производят наращивание подвесок на высоту яруса и крепление к ним соответствующего перекрытия, а после возведения фундаментной плиты возводят капитальные колонны и присоединяют к ним перекрытия.
Недостатки этого способа заключаются в технологической сложности его выполнения, необходимости разработки дополнительных конструкций, обеспечивающих надежное подвешивание перекрытий при поэтапной выемке грунта, и, как следствие, удорожании строительства. Кроме того, разработка котлована под временно подвешенными перекрытиями является операцией с повышенной опасностью производства работ.
Наиболее близким решением к предлагаемому способу по своей сущности и достигаемому результату является способ строительства многоэтажного подземного сооружения с одновременной разработкой котлована (см. патент РФ №2136818, приоритет от 10.09.1999), включающий выполнение в грунте ограждающей сооружение стены, установку свай, разработку траншеи с пандусом, с заглублением ее ниже первого междуэтажного перекрытия и созданием верхнего перекрытия с проемом над пандусом. Затем поэтапно разрабатывают котлован. На каждом этапе, кроме завершающего, разрабатывают центральную часть котлована до уровня заглубления пионерной траншеи. В зонах, примыкающих по периметру к ограждающей стене, поверхность грунта постепенно понижают до уровня расположения очередного междуэтажного перекрытия и создают в этих зонах кольцевую полосу перекрытия. Кольцевая полоса передает нагрузку от стены на ближние к ней сваи. В названных зонах возможна дополнительная установка распорок между стеной и ближними к ней сваями. Затем возводят оставшуюся часть перекрытия, оставляя в нем проем над пандусом пионерной траншеи, которую предварительно заглубляют ниже следующего нижележащего перекрытия. На завершающем этапе разрабатывают грунт по всей площади котлована, сооружают фундаментную плиту, убирают пандус и заделывают проемы в перекрытиях.
Недостатком прототипа является возможность деформации стен ограждения в результате горизонтальных смещений боковых пород, особенно в условиях слабых водонасыщенных грунтов, которые усиливают влияние котлована на окружающую застройку.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение сохранности зданий и сооружений, находящихся в непосредственной близости от места ведения работ, путем достижения большей жесткости ограждающей конструкции и снижения ее деформации, а также упрощение процесса разработки грунта под плитами перекрытий, одновременно служащими распорной крепью.
Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения, состоит в минимизации горизонтальных перемещений ограждающих котлован стен и соответственно осадки примыкающих зданий с возможностью управления процессом деформации (перемещения) грунтов.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе возведения многоэтажного подземного сооружения, включающем операцию установки по контуру возводимого сооружения стены ограждения, установку свай в местах проектного расположения колонн сооружения, установку плиты перекрытия на нулевом уровне сооружения, выемку грунта под плитой перекрытия и установку плиты перекрытия следующего уровня и далее поэтапную выемку грунта и установку плиты перекрытия очередного уровня, включая фундаментную плиту, в каждую плиту перекрытия, включая фундаментную плиту, по периметру плиты к стене ограждения прикрепляют обвязочные балки, а между балками и плитой устанавливают гидравлические домкраты в качестве дополнительной активной распорной системы.
Стена ограждения котлована может быть выполнена из буровых свай, шпунта или способом «стена в грунте».
Каждый домкрат устанавливают в выемке контура плиты, а величиной рабочего хода домкратов управляют с помощью геодезических измерительных приборов, контролирующих уровень деформации стены ограждения.
Введение в технологический цикл строительства установку домкратов позволяет с помощью дополнительных нагрузок, создаваемых гидравлическими домкратами, обеспечить почти нулевые горизонтальные перемещения ограждения котлована и свести к минимуму осадочные деформации примыкающих зданий, что, в свою очередь, повышает безопасность при строительстве.
В случае применения шпунтового ограждения, при использовании активного раскрепления с помощью домкратов есть возможность применения шпунтов меньшего сечения, чем при пассивном раскреплении, что ведет к снижению материальных затрат.
Разработку грунта выполняют из-под перекрытий с использованием мини-экскаваторов и мини-погрузчиков, а подъем разработанной породы ведется с помощью конвейерных лент через технологические проемы в перекрытиях, что приводит стоимость разработки грунта равной стоимости разработки в открытом котловане.
Сущность изобретения поясняется чертежами,
где на фиг.1 изображено возводимое многоэтажное подземное сооружение в плане;
на фиг.2 - то же, продольный разрез;
на фиг.3 - схема установки гидравлических домкратов в плиту перекрытия.
Предлагаемый способ строительства многоэтажного подземного сооружения осуществляют следующим образом: при проведении подготовительных работ в грунте выполняют стену ограждения (1) по периметру многоэтажного подземного сооружения на всю его глубину. Затем в местах проектного расположения колонн подземного сооружения с дневной поверхности выполняются сваи (2) с установкой в арматурный каркас закладных деталей для организации капители, которая служит для опирания плит перекрытий на сваи-колонны по мере выемки грунта. Выше фундаментной плиты сваи будут являться колоннами, а ниже фундаментной плиты - сваями, передающими нагрузку от здания на грунт. После этого бетонируется верхняя плита перекрытия (3) на отметке, близкой к отметке дневной поверхности грунта, с оставлением проема (4) для выемки грунта. По периметру плиты выполняются обвязочные балки (5), которые крепятся к стене ограждения, а между балками и плитой перекрытия в специальные выемки устанавливают гидравлические домкраты (6) в качестве дополнительной активной распорной системы. Обвязочные балки служат для передачи нагрузки от домкратов на стену ограждения. Работа домкратов осуществляется с помощью передвижных маслостанций (7).
После окончания подготовительных работ приступают к разработке грунта первого уровня из-под установленного перекрытия. Грунт дна котлована выравнивают и уплотняют, по уплотненному грунту укладывают подготовку, на которой бетонируют капитальное перекрытие второго уровня (8) с обвязочными балками (6) и оставлением технологического проема (4).
Каждый следующий этап разработки котлована производят аналогично вышеописанному с возведением очередного междуэтажного перекрытия (8), а после разработки грунта последнего этажа - фундаментной плиты (9) с обвязочными балками.
Количество этажей не ограничено. В каждое перекрытие, включая фундаментную плиту, устанавливают гидравлические домкраты (6).
В качестве технологических проемов для выемки грунта и подачи бетонной смеси под плиту могут использоваться проектные проемы будущих лестничных клеток, шахт лифтов и т.п. В противном случае проемы в междуэтажных и верхнем перекрытиях окончательно заделывают после извлечения из сооружения землеройных и транспортирующих средств с помощью подъемных средств.
По окончании строительства зазоры между обвязочными балками и плитами перекрытий заливаются бетоном, а домкраты демонтируются.
В пределах предлагаемой технологии выемка грунта верхнего этажа может осуществляться открытым способом. При этом после установки свай сначала производится выемка грунта до уровня пола первого уровня, после этого последовательно бетонируется плита перекрытия пола первого уровня (8) и плита перекрытия на нулевом уровне (3), т.е. на отметке, близкой к отметке поверхности. Далее производится поэтапная разработка котлована второго и последующих уровней с выемкой грунта из-под устанавливаемых перекрытий через технологические окна, как описано выше.