Отдельные аспекты проектирования "стены в грунте"

Оригинальная статья / Original article УДК 692.22

DOI: http://dx.d0i.0rg/l 0.21285/2227-2917-2019-2-304-311

Отдельные аспекты проектирования «стены в грунте»

© В.П. Горбачевский, А.Р. Инсафутдинов, А.О. Крюкова, В.В. Капканова, А.Н. Топилин

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г. Москва, Россия

Резюме: Данное исследование направлено на поиск технологических решений, являющихся оптимизаторами процесса возведения несущих и ограждающих конструкций на уровне ниже планировочной отметки земли методом «стена в грунте». Изучены конструктивные особенности и разработаны решения, минимизирующие временные и материальные затраты на строительство «стены в грунте». Для получения полносборного исполнения железобетонной форшахты разработано конструктивное решение состыковки рядовых сборных элементов железобетонной форшахты под углом. Угловой сборный элемент форшахты представляет собой конструкцию в виде двух вертикальных стенок, монолитно связанных с горизонтальной плитой - воротником. Соединение элементов форшахты производится посредством шпоночного соединения и закладных деталей. Для защиты углов элементов форшахты в тело ее бетона монтируются металлические уголки. Устройство форшахты в монолитном исполнении предполагает значительные трудозатраты, связанные с выполнением дополнительных мероприятий по производству работ при низких отрицательных и высоких положительных температурах окружающего воздуха. Сборное исполнение позволяет минимизировать влияние данных аспектов. Планируется дальнейшее исследование, направленное на уточнение физико-механических характеристик и углубленный анализ напряженно-деформированного состояния направляющих конструкций. В перспективе стоит задача реализации и апробации новых конструктивных решений фор-шахт на стройплощадке. Таким образом, оптимальным и перспективным технологическим решением является форшахта многократного применения в сборном исполнении. Такое решение позволяет упростить процесс возведения подземных конструкций методом «стена в грунте», а также снизить общие временные затраты на ее возведение. Применение железобетонной форшахты разработанного конструктивного решения позволяет использовать ее в течение всего периода производства работ без значительных деформаций и повреждений, в частности на угловом стыке.

Ключевые слова: «стена в грунте», направляющая конструкция, железобетонная форшахта, сборная форшахта

Информация о статье: Дата поступления 20 марта 2019 г.; дата принятия к печати 19 апреля 2019 г.; дата онлайн-размещения 28 июня 2019 г.

Для цитирования: Горбачевский В.П., Инсафутдинов А.Р., Крюкова А.О., Капканова В.В., Топилин А.Н. Отдельные аспекты проектирования «стены в грунте». Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2019. Т. 9. № 2. С. 304-311. DOI: 10.21285/2227-2917-2019-2-304-311

Some aspects of the "wall in the ground" engineering process

Valentin P. Gorbachevskii, Ayrat R. Insafutdinov, Anna O. Kryukova, Viktoriya V. Kapkanova, Alexandr N. Topilin

National Research Moscow State University of Civil Engineering, Moscow, Russia

Abstract: This study is aimed at finding technological solutions for optimising the installation process of load-bearing and enclosing structures below the elevation grade using the "wall in the ground" method. Design features of the method have been studied and solutions that minimise the time and material costs of building a "wall in the ground" have been developed. To obtain a full-assembled version of reinforced concrete foreshaft, a constructive solution has been developed for joining average prefabricated composite elements of reinforced concrete foreshaft at an angle. The foreshaft corner prefabricated element is a structure in the form of two vertical walls, monolithically connected with a horizontal plate - a collar. The connection of the foreshaft elements is carried out by means of a spline connection and embedded parts. To protect the corners of the foreshaft elements, metal corners are mounted into its concrete body. The monolithic modifi-

ISSN 2227-2917 Том 9 № 2 2019 304 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 304-311 304 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _(online)_pp. 304-311

cation of a foreshaft structure involves significant labour costs associated with the implementation of additional measures for the work conducting at low negative and high positive ambient temperatures. Prefabricated version allows to minimise the impact of these aspects. Further research is planned, aimed at clarifying the physical and mechanical characteristics and in-depth analysis of the stress-strain state of the guide structures. In the future, the task is to implement and test new constructive solutions of foreshaft on the construction site. Thus, the best and most promising technological solution is a foreshaft of repeated use in a prefabricated version. This solution allows us to simplify the process of installing underground structures using the "wall in ground" method, as well as to reduce the total time spent on its construction. The application of a reinforced concrete foreshaft in the developed constructive version allows to use it throughout the entire period of work without significant deformations and damage, in particular at the corner junction.

Keywords: "wall in the ground", guide structure, reinforced concrete foreshaft, team foreshaft

Information about the article: Received March 20, 2019; accepted for publication April 19, 2019; available online June 28, 2019.

For citation: Gorbachevskii V.P., Insafutdinov A.R., Kryukova A.O., Kapkanova V.V., Topilin A.N. Some aspects of the "wall in the ground" engineering process. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhi-most' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2019, vol. 9, no. 2, pp. 304-311. (In Russ.) DOI: 10.21285/2227-2917-2019-2-304-311

Введение

В настоящее время вектор развития лидирующих компаний в строительном секторе направлен в сторону ускоренной интеграции оптимальных технологий и инновационных решений. Важными аспектами являются: повышение эффективности строительного производства, снижение трудоемкости строительных процессов и экономических затрат, а также увеличение темпов строительства.

Настоящая работа направлена на поиск технологических решений, являющихся оптимизаторами процесса возведения несущих и ограждающих конструкций на уровне ниже планировочной отметки земли методом «стена в грунте».

Материалы и методы

Нормативно-техническая документация, проекты организации строительства, проекты производства работ и др. сведения и опытные данные, полученные от инженеров ведущих строительных компаний. Изучение конструктивных особенностей и разработка решения, минимизирующего временные и материальные затраты на строительство «стены в грунте».

Результаты

Метод «стена в грунте» эффективно применяется при устройстве подземных или заглубленных конструкций в неустойчивых грунтах. Однако, данный метод неприменим на площадках с рыхлыми, насыпными и плывунными грунтами, с большенапорными и скорост-нопоточными грунтовыми водами. На начальном этапе производства работ по устройству «стены в грунте» осуществляют разработку пионерной траншеи, после чего выполняют мероприятия по укреплению бортов траншеи. Защиту бортов зачастую выполняют путем уст-

ройства железобетонной форшахты. Форшахта представляет собой конструкцию, задающую проектное направление разработки основной траншеи. В современной практике возведения «стены в грунте» большое распространение имеют монолитные железобетонные форшах-ты. Известно, что при строительстве многофункционального комплекса ОАО «Газпром» в Республике Беларусь, при устройстве «стены в грунте» была устроена монолитная железобетонная форшахта в виде двух стенок (рис. 1).

По окончании устройства захватки производили демонтаж форшахты и выполняли поверху стены монолитный железобетонный обвязочный пояс [1-4]. Наиболее распространенной и часто применяемой в подземном строительстве является монолитная форшахта Г-образного сечения (рис. 2).

Данное конструктивное исполнение характеризуется большой трудоемкостью возведения, что обуславливается значительным количеством сопутствующих операций. В Московском государственном строительном университете (НИУ МГСУ) разработано сборное решение железобетонной форшахты.

Данное решение подразумевает использование линейных рядовых элементов форшахты (рис. 3), демонтируемых по окончании работ по устройству «стены в грунте», многократного применения. Для получения полносборного исполнения железобетонной форшах-ты, разработано конструктивное решение состыковки рядовых сборных элементов железобетонной форшахты. Угловой сборный элемент форшахты представляет собой конструкцию в виде двух вертикальных стенок, монолитно связанных с горизонтальной плитой - воротником (рис. 4).

Том 9 № 2 2019 ISSN 2227-2917

Рис. 1. Монолитная железобетонная форшахта в виде двух стенок Fig. 1. Monolithic reinforced concrete foreshaft in the form of two walls

Рис. 2. Монолитная железобетонная форшахта Г-образного сечения Fig. 2. Monolithic reinforced concrete foreshaft of Г-shaped section

Рис. 3. Линейные элементы сборной железобетонной форшахты Fig. 3. The linear elements of precast concrete foreshaft

ISSN 2227-2917 Том 9 № 2 2019 306 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 304-311 306 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _(online)_pp. 304-311

мелкозернистый асфальт крупнозернистый асфальт

щебень_

песок

утрдл10ова111шп1Тру11т

1

Рис. 4. Сечение сборной железобетонной форшахты: 1 - воротник; 2 - вертикальная стенка Fig. 4. Section of the precast concrete foreshaft: 1 - collar; 2 - vertical wall

Соединение элементов форшахты производится посредством шпоночного соединения и закладных деталей.

Для защиты углов элементов фор-шахты в тело ее бетона монтируются металлические уголки.

Для предотвращения вывалов грунта и с целью усиления форшахты вследствие значительных статических и динамических нагрузок воротник форшахты следует соединять с временной технологической дорогой, конструкция которой указывается в проекте производства работ.

Способ устройства угловой захватки «стены в грунте» уточняется на стадии разработки проекта и сопровождается технико-экономическим обоснованием.

Устройство форшахты в монолитном исполнении предполагает значительные трудозатраты, связанные с выполнением дополнительных мероприятий по производству работ при низких отрицательных и высоких положительных температурах окружающего воздуха.

Сборное исполнение позволяет минимизировать влияние данных аспектов. На стадии проектирования необходимо грамотно подходить к выбору конструктивного решения форшахты.

Выбор конструктивного решения должен обуславливаться напряженно-деформированным состоянием (НДС), которое (для сборного исполнения форшахты) зависит от транспортных, монтажных нагрузок, отпора и давления грунта и др. На осно-

вании НДС выполняется подбор оптимальных сечений элементов форшахты, их армирование.

При устройстве форшахты из сборных элементов их устанавливают в траншее в проектное положение краном. Сборные элементы соединяются между собой сваркой по закладным деталям, а стыки омоноличива-ются.

Обсуждение

Планируется дальнейшее исследование, направленное на уточнение физико-механических характеристик и углубленный анализ напряженно-деформированного состояния направляющих конструкций.

В перспективе стоит задача реализации и апробации новых конструктивных решений форшахт на стройплощадке.

Выводы

Таким образом, оптимальным и перспективным технологическим решением является форшахта многократного применения в сборном исполнении.

Такое решение позволяет упростить процесс возведения подземных конструкций методом «стена в грунте», а также снизить общие временные затраты на возведение «стены в грунте».

Применение железобетонной фор-шахты разработанного конструктивного решения позволяет использовать ее в течение всего периода производства работ без значительных деформаций и повреждений, в частности на угловом стыке.

Том 9 № 2 2019 ISSN 2227-2917

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Чернова А.Е. Маркшейдерские работы при строительстве сооружения «стена в грунте»: сб. материалов Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проспект Свободный-2015», посвященной 70-летию Великой Победы (г. Красноярск, 15-25 апреля 2015 г.) [Электронный ресурс]. URL: http://elib.sfu-kras.ru/bitstream/handle/2311/21243/markshey derskoe_delo.pdf?sequence=1 (10.04.2019).

2. Ковенко В. Н. Устройство заанкеренной подпорной стены методом «стена в грунте» по контуру глубокого котлована для многофункционального комплекса: материалы 71-й научно-технической конференции студентов и аспирантов «Актуальные проблемы энергетики». Раздел 2 «Современное развитие механики грунтов и фундаментостроения». Минск: Белорусский национальный технический университет, 2016. С. 50-55.

3. Zhadanovsky B.V., Pakhomova L.A., Gorba-chevskii V.P. Organization and technology of the construction on the weak and water-saturated soils // E3S Web of Conferences Topical Problems of Architecture, Civil Engineering and Environmental Economics (TPACEE 2018). 2019. Vol. 91. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20199107007

4. Тилинин Ю.И., Казанбаева В.С., Климова А.В. Устройство глубокого котлована в слабых грунтах с применением технологии «стена в грунте» и стенок свай-отвалов на примере объектов г. Санкт-Петербурга // Научное наследие. № 28. 2018. С. 3.

5. Теличенко В.И., Зерцалов М.Г., Конюхов Д.С. Состояние и перспективы освоения подземного пространства г. Москвы // Вестник Московского государственного строительного университета. 2010. № 4. С. 24-36.

6. Голушко А.Д., Александрова Е.В. Метод «Стена в грунте» // Молодой ученый. 2017. № 15 (149). С. 18-23.

7. Манохин П. Е., Морозов Р. В., Павинев И. А. Анализ факторов, определяющих эффективность подземного строительства // Молодой ученый. 2016. № 22 (126). С. 44-46.

8. Шуплик М. Н. Анализ специальных способов строительства подземных сооружений в городских условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2014. С. 523-546.

9. Архангельская Т. М., Ковенко В. Н. Устройство заанкеренной подпорной стены методом «Стена в грунте» по контуру глубокого котлована для многофункционального комплекса ОАО «Газпром» в Минске: материалы научно-методической конференции «Актуальные проблемы инновационной подготовки инженерных кадров при переходе строительной отрасли на европейские стандарты» (г. Минск, 26—27 мая 2015 г.). Минск: Белорусский национальный технический университет, 2015. С.323-327.

10. Саинов М.П. Анализ работоспособности каменной плотины с комбинацией противо-фильтрационных элементов - железобетонного экрана и глиноцементобетонной стены. Инженерно-строительный журнал. 2016. № 4 (64). С. 3-9. DOI: 10.5862/MCE.64.1

11. Hunt D. V. L., Makana L. O., Jefferson I. Liveable cities and urban underground space. Tunnelling and underground space technology. 2016. 55. P. 8-20.

12. Стена в грунте «Лахта центра» [Электронный ресурс] // Информационный портал о подземном строительстве. URL: https://undergroundexpert.info/issledovaniya-i-tehnologii/tehnologii/stena-vgrunte-lakhta-centra/ (10.04.2019).

13. СТ0-014-2007 Траншейная стена в грунте. Конструкция и технология сооружения для объектов транспортного строительства. М., Группа компаний «Трансстрой», 2007 [Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/document/1200085825 (10.04.2019).

14. Шулятьев О.А., Минаков Д.К. Технологические осадки при устройстве стены в грунте траншейного типа // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. 2017. Т. 8. № 3. С. 41-50.

15. Бурлаченко О.В., Ахмедов А.М., Бунин Д.В. Совершенствование технологии строительства многоэтажной подземной части здания [Электронный ресурс] // Инженерный вестник Дона. 2017. № 4. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/ pdf/

IVD_8_burlachenko_akhmedov_bunin_pdf_

7dda9d35e0.pdf (10.04.2019).

REFERENCES

1. Chernova A.E. Marcsheiderskie raboti pri national Conference of Students, Graduate Stu-

stroitelstve sooryzenia "stena v grunte" [The dents and Young Scientists "Free Avenue

surveying work in the construction of the wall in 2015", dedicated to the 70th anniversary of the

the ground]. Collection of materials of the Inter- Great Victory. 2015, p. 50. Available at:

ISSN 2227-2917 Том 9 № 2 2019 308 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 304-311 308 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _(online)_pp. 304-311_

http://elib.sfu-kras.ru/bitstream/handle/2311/ 21243/marksheyderskoe_delo.pdf?sequence=1

2. Covenco V.N. Ustroystvo zaankerennoy pod-pornoy steny metodom «stena v grunte» po konturu glubokogo kotlovana dlya mnogo-funktsional'nogo kompleksa [Construction of an anchored retaining wall by the "wall into the ground" method along the contour of a deep pit for a multifunctional complex]. Aktual'nyye prob-lemy energetiki: materialy 71-y nauchno-tekhnicheskoy konferentsii studentov i aspiran-tov Razdel 2. Sovremennoye razvitiye mek-haniki gruntov i fundamentostroyeniya [Actual problems of energy: materials of the 71st scientific and technical conference of students and graduate students. Minsk: Belarusian National Technical University Publ., 2016, pp. 50-55.

3. Zhadanovsky B.V., Pakhomova L.A., Gorbachevskii V.P. Organization and technology of the construction on the weak and water-saturated soils. E3S Web of Conferences Topical Problems of Architecture, Civil Engineering and Environmental Economics (TPACEE 2018). 2019, vol. 91, DOI: https://doi.org/10.1051/ e3sconf/20199107007

4. Tilinin Yu.I., Kazanbaeva V.S., Klimova A.V. The device of deep foundation pit in weak grounds with the application of the "wall in ground" technology and walls of broughting piles at the example of Saint-Petersburg objects. Nauchnoye naslediye [The scientific heritage]. 2018, no. 28, p. 3.

5. Telichenko V.I., Zercalov M.G., Konyukhov D.S. Sostoyaniye i perspektivy osvoyeniya podzemnogo prostranstva g. Moskvy [Problems and outlooks of the use of the Moscow unde-ground space]. 2010, no. 4, pp. 24-36.

6. Golushko A.D., Aleksandrova E.V. Metod "Wall in soil". Molodoy uchenyy [Young Scientist]. 2017, no. 15, pp. 18-23.

7. Manokhin P.Ye., Morozov R.V., Pavinev I.A. Analysis of factors determining the efficiency of underground construction. Molodoy uchenyy [Young Scientist]. 2016, no. 22, pp. 44-46.

8. Shuplik M.N. Analysis of Special Methods for the Construction of Underground Structures in Urban Conditions. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'

9. Arkhangelskaya T.M. Ustroystvo zaankeren-noy podpornoy steny metodom «Stena v grunte» po konturu glubokogo kotlovana dlya mnogofunktsional'nogo kompleksa OAO «Gazprom» v Minske [The construction of an anchored retaining wall using the Wall in Soil method along the contour of a deep pit for a multifunctional complex of JSC Gazprom in Minsk]. Materialy nauchno-metodicheskoy kon-ferentsii «Aktual'nyye problemy innovatsionnoy podgotovki inzhenernykh kadrov pri perekhode stroitel'noy otrasli na yevropeyskiye standarty» [Collection of International scientific and technical articles

10. Sainov M.P. Analysis of the performance of a stone dam with a combination of anti-filtration elements - an iron-concrete screen and an alumina-cement-ton wall. Civil engineering journal. 2016, no. 4 (64), pp. 3-9. (In Russian) DOI: 10.5862/MCE.64.1

11. Hunt D.V.L., Makana L.O., Jefferson I. Liveable cities and urban underground space. Tunnelling and underground space technology.

2016, no. 55, pp. 8-20.

12. Information portal about underground construction. Available at: https://underground ex-pert.info/issledovaniya-i-tehnologii/tehnologii/ stena-vgrunte-lakhta-centra/ (accessed: 10 April 2019).

13. SoO-014-2007 Trench wall in the ground. Construction and construction technology for transport construction objects. M., Trans-Stroy Group of Companies, 2007. Available at: http://docs.cntd.ru/document/1200085825 (accessed: 10 April 2019).

14. Shulyatyev O.A., Minakov D.K. Tekhnologicheskiye osadki pri ustroystve steny v grunte transheynogo tipa [Technological sediments at the device of the wall in the soil of trench type] // Vestnik Permskogo natsion-al'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Stro-itel'stvo i arkhitektura [Bulletin of the PNRPU. Construction and architecture].

2017, vol. 8, no. 3, pp. 41-50.

15. Burlachenko O.V., Akhmedov A.M., Bunin D.V. Improving the technology of building multistorey underground part of the building // Engineering Bulletin Dona. 2017, no 4. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/ pdf/

IVD_8_burlachenko_akhmedov_bunin_pdf_

7dda9d35e0.pdf (10.04.2019).

Том 9 № 2 2019 ISSN 2227-2917

Критерии авторства

Горбачевский В.П., Инсафутдинов А.Р., Крюкова А.О., Капканова В.В., Топилин А.Н. имеют равные авторские права. Горбачевский В.П. несет ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах

Горбачевский Валентин Петрович,

студент,

Национальный исследовательский

Московский государственный строительный университет,

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26, Россия,

Se-mail: vgline@mail.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3773-

6962

Инсафутдинов Айрат Рашидович,

студент,

Национальный исследовательский

Московский государственный строительный университет,

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26, Россия,

e-mail: ayratmgsu@mail.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1698-

2267

Крюкова Анна Олеговна,

студент,

Национальный исследовательский

Московский государственный строительный университет,

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26, Россия,

e-mail: anna.0203@yandex.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2678-

9666

Капканова Виктория Витальевна,

студент,

Национальный исследовательский

Московский государственный строительный университет,

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26, Россия,

e-mail: vkapkanova@gmail.com

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4184-

9716

Contribution

Valentin P. Gorbachevskii, Ayrat R. Insafutdi-nov, Anna O. Kryukova, Viktoriya V. Kapka-nova,

Alexandr N. Topilin have equal author's rights. Valentin P. Gorbachevskii bears the responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

Information about the authors

Valentin P. Gorbachevskii,

Student,

National Research Moscow State University of Civil Engineering,

26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow 129337, Russia,

He-mail: vgline@mail.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3773-

6962

Ayrat R. Insafutdinov,

Student,

National Research Moscow State University of Civil Engineering,

26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow 129337, Russia,

e-mail: ayratmgsu@mail.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1698-

2267

Anna O. Kryukova,

Student,

National Research Moscow State University of Civil Engineering,

26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow 129337, Russia,

e-mail: anna.0203@yandex.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2678-

9666

Viktoriia V. Kapkanova,

Student,

National Research Moscow State University of Civil Engineering,

26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow 129337, Russia,

e-mail: vkapkanova@gmail.com

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4184-

9716

ISSN 2227-2917 Том 9 № 2 2019 310 (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 304-311 3 10 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 9 No. 2 2019 _(online)_pp. 304-311

Топилин Александр Николаевич,

кандидат технических наук, доцент, Национальный исследовательский

Московский государственный строительный университет,

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26, Россия,

e-mail: alex_topilin@mail.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-6593-

259X

Alexandr N. Topilin,

Cand. Sci (Eng.), Associate Professor, National Research Moscow State University of Civil Engineering,

26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow 129337, Russia,

e-mail: alex_topilin@mail.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-6593-

259X

Том 9 № 2 2019 ISSN 2227-2917