СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ СООРУЖЕНИЯ В ПОДРУСЛОВОМ ПРОСТРАНСТВЕ РЕК И КАНАЛОВ В ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКЕ
METHOD FOR STRUCTURE CONSTRUCTION IN THE UNDER-RUNNER SPACE OF RIVERS AND CANALS IN URBAN DEVELOPMENT

Изобретение относится к строительным сооружениям и может быть использовано при возведении многопрофильных подземных зданий и сооружений в подрусловом пространстве каналов или рек в сложившейся городской застройке.
В городской застройке сложно найти место для новых зданий и сооружений, в том числе и подземных. В то же время подрусловое пространство рек и каналов практически не используется в строительных целях и остается свободным.
Известно авторское свидетельство «Способ стыковки секций подводного тоннеля» (SU 1566033 A1, E21D 10/00, опубл. 23.05.1990), в котором раскрыта конструкция транспортного тоннеля, состоящего из нескольких секций, выполненного открытым способом и проложенного под руслом реки, имеющей судоходный фарватер, при этом секции состыкованы в открытом котловане. Способ стыковки секций подводного тоннеля, сооружаемого открытым способом в котловане, включающий возведение смежных секций с зазором между ними и обжатие эластичной прокладки деформационного шва между торцевыми обрамлениями посредством винтовых стяжек, отличающийся тем, что с целью повышения надежности деформационного шва, снижения трудоемкости и сокращения срока строительства обжатие эластичной прокладки между торцевыми обрамлениями и их фиксацию после обжатия осуществляют посредством накладных винтовых стяжек отдельно от установки секций, после чего торцовые обрамления устанавливают между смежными секциями, зазоры между торцовыми обрамлениями и секциями бетонируют, а накладные стяжки демонтируют.
Недостатком известного способа стыковки секций подводного тоннеля, сооружаемого открытым способом в котловане, являются высокая сложность и значительные финансовые вложения при производстве тоннельных подземных и подводных работ под руслом водоемов или рек.
Известен способ сооружения транспортного перехода под водоемами (патент №2587673, опубл. 20.06.2016, бюл. №17) Транспортный переход, содержащий размещаемый в воде под судовым ходом водоема или пролива подводный тоннель, выполненный из соединенных между собой железобетонных монолитных секций, позиционированных относительно поверхности дна водоема или пролива и выполненных с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей, между которыми размещен железнодорожный путь, отделенный арочными колоннадами от автотранспортного назначения проезжих частей, примыкающие к противоположным берегам водоема или пролива пролетные мосты из железобетонных конструкций для обеспечения водообмена непосредственно вдоль берегов, выполненные с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей, между которыми размещен железнодорожный путь, и наклонные подъезды, связывающие подводный тоннель с пролетными мостами, выполненные с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей, между которыми размещен железнодорожный путь, отличающийся тем, что железобетонные монолитные секции подводного тоннеля, имеющие двухслойное перекрытие, уложены на основание в виде железобетонной плиты, служащей пригрузом для осуществления инъекционного укрепления грунта под основанием тоннеля и увеличения площади опирания тоннеля на дно водоема или пролива с удельным давлением не более давления от грунта, убранного при подготовке котлована для размещения двухслойного основания, на всю длину тоннеля по всему его периметру и между слоями днища и основания и перекрытия натянуто противофильтрационное покрытие из геомембраны, защищенное обратными наружными засыпками боковых стен тоннеля, выполненных с опорой на наклонные наружные грани стен тоннеля из тяжелого суглинка, наклонные подъезды, связывающие подводный тоннель с пролетными мостами, по крайней мере на части своей длины выполнены в насыпи с размещением остальной части длины в выемке относительно дна водоема или пролива, отгороженной от его акватории с обеих сторон земляными дамбами и подпорными стенками и укрепленной на внешних откосах горной массой, при этом над железобетонными монолитными секциями подводного тоннеля на участке судового хода размещена защитная железобетонная плита, опирающаяся на обратные наружные засыпки боковых стен тоннеля и являющаяся днищем канала судопропуска, от которого возведены вертикально.
Недостатком известного способа сооружения транспортного перехода, содержащего размещаемый в воде под судовым ходом водоема или пролива подводный тоннель, выполненный из соединенных между собой железобетонных секций являются высокая сложность и значительные финансовые вложения при производстве тоннельных подземных и подводных работ под руслом водоемов или рек.
Известны решения по патентам «Форма конструкции, используемая для объединения подземных сооружений и речных сооружений» (патент №CN 101148893, опубл.: 26.03.2008 г.) Изобретение относится к подземным сооружениям, в частности к подземным сооружениям, которые необходимо объединить с верхней частью русла реки, дорогами и т.д., Включая подземные сооружения и сооружения русла реки, которые расположены ниже сооружения русла реки. Подземное сооружение характеризуется тем, что твердое русло сооружения русла реки является верхней плитой подземного сооружения. Преимуществом является то, что достигается хороший баланс между подземным сооружением, сооружением русла реки и мостовой конструкцией, не только конструкция является принудительной, водонепроницаемой и надлежащим образом обрабатывается, но также интерфейс управления понятен, избегая дефектов, вызванных использованием коробчатых водопропускных труб.
«Способ строительства подземного сооружения и композитной конструкции речного пути» (патент №CN 101173519, опубл. 07.05.2008 г.). Настоящее изобретение относится к строительству подземных сооружений, в частности, к способу строительства подземных сооружений, которые необходимо комбинировать с верхней частью реки, дорогами и т.д. Этапы способа заключаются в том, чтобы сначала модифицировать или блокировать поток воды в реке; затем завершить строительство ограждающей конструкции в коффердаме реки и строительство перекрытия коффердама; завершить строительство подземных сооружений внутри коффердама, при этом форма конструкции и технические требования верхней плиты подземного сооружения должны соответствовать форме конструкции и техническим требованиям русла реки, преимуществом является достижение хорошего баланса между подземным сооружением, структура реки и мостовая конструкция не только принудительно, водонепроницаемы и должным образом обработаны, но и структура принудительно, водонепроницаема и должным образом обработана. Интерфейс управления понятен, что позволяет избежать дефектов, вызванных использованием коробчатой водопропускной трубы.
Последовательность строительства по способу (патент №CN 101148893) заключается в следующем. Сначала поток воды в русле реки перекрывают путем устройства плотины на половине ширины реки и осуществляют последующую откачку, дноуглубительные работы, анкеровку, усиление грунта и расчистку. Осуществляют строительство подземной сплошной стены в зоне плотины и устраивают водопропускные трубы
Недостатком другого близкого аналога (патент №CN 101173519) является сложность возведения и то, что сооружения под руслом канала/реки возводятся только поперек русла, а не вдоль него.
Известен способ строительства гидротехнических и мостовых сооружений на временно намываемых островах. Способ позволяет отказаться от дорогих и сложных работ с плавсредств, а для возведения фундаментов использовать технологическое оборудование, которое применяется на суше.
Наиболее близким решением является способ возведения подземных сооружений вдоль русла канала ниже его дна (патент RU №2686206 С1, опубл. 24.04.2019 г., бюл. №12), характеризующийся временным перекрытием водного потока посредством дамб с пуском его по другому временно создаваемому обходному маршруту, осушением котлована с понижением подземных вод до уровня, приемлемого для работы технологического оборудования, последующей раскопкой высохшего русла и устройством ограждающей стены в грунте, затем разрабатывают грунт на проектную глубину, устраивают фундамент, на котором выстраивают стены и каркас сооружения. Вариант известного способа предусматривает строительство способом «сверху вниз», когда разработку грунта и возведение конструкций выполняют под верхним перекрытием, которое бетонируют на первом этапе.
Способ возведения подземных сооружений вдоль русла реки или канала, характеризующийся временным перекрытием водного потока реки или канала посредством дамбы, с пуском водного потока по другому имеющемуся или временно создаваемому обходному маршруту, последующей раскопкой высохшего русла и устройством фундамента, на котором выстраивают сооружения со стенами, поверх стен возводят плиту перекрытия, которая является основанием под руслом потока реки или канала, затем снова пускают водный поток, отличающийся тем, что дамбами в начале и в конце перекрывают весь водный поток части реки или канала в зоне наличия обходного маршрута для течения водного потока, либо создают искусственный временный маршрут для течения водного потока, затем осушают данный перекрытый участок, после чего выполняют раскопку дна и строительство проводят вдоль русла реки или канала, причем предварительно выкапывают котлован и ограждают его стенами, а поверх стен ставят перекрытия.
Известный способ, принятый за прототип, имеет следующие недостатки: способ трудно реализуем в условиях сложившейся городской застройки, требует усиления оснований существующих зданий и сооружений, которые попадают под негативное влияние понижения уровня подземных вод в котловане и на прилегающей территории; способ требует постоянной работы водопонизительной системы в течение всего процесса возведения ограждающей стены в грунте. Вариант способа: устройство ограждения с помощью плавсредств без перекрытия канала и спуска воды является чрезвычайно сложной, финансово затратной и трудоемкой задачей.
Технической задачей предлагаемого изобретения является решение проблем дефицита площадок под строительство в центральных частях мегаполисов за счет возведения зданий и сооружений под руслом рек и каналов, которые можно временно перекрыть, пустив поток по временным трубам без понижения уровня подземных вод на прилегающей территории.
Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости и финансовых затрат при строительстве подземных зданий и сооружений под и вдоль русла водных каналов или рек в условиях сложившейся застройки, без вмешательства в жизнь людей и деятельность организаций на прилегающей к набережным территории.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-8
На Фиг. 1 показан поперечный разрез существующего русла реки/канала.
На Фиг. 2 показано устройство временных продольных дамб вдоль набережных канала и устройство форшахт для возведения ограждающей «стены в грунте».
На Фиг. 3 показано изготовление ограждающих стен в грунте, укладка перепускных труб.
На Фиг. 4 - перекрытие потока поперечными дамбами, отвод воды временными трубами байпасами, возведение временных и постоянных поперечных стен в грунте.
На Фиг. 5 показано осушение котлована, устройство опор каркаса для перекрытий при разработке грунта закрытым методом «сверху-вниз» или полузакрытым «полу-сверху-вниз».
На Фиг. 6 показан разработанный котлован для бетонирования плиты покрытия закрытым или полузакрытым способом, плита покрытия.
На Фиг. 7 показан план ограждения рассматриваемого участка (условно).
На Фиг. 8 показан продольный разрез существующего русла реки/канала с возведенными подземными этажами.
1 - существующее русло 1 реки или канала
2 - набережные
3 - существующие конструкции канала
4 - береговые здания, мосты (условно)
5 - существующий уровень воды
6 - отметка дна
7 - существующий уровень подземных вод
8 - плавсредства (земснаряд и пр.)
9 - подземный Комплекс
10 - ограждающая стена в грунте
11 - слой водоупора
12 - труба байпаса
13 - каркас Комплекса
14 - перекрытия Комплекса
15 - новое русло канала
16 - земснаряд
17 - баржи
18 - котлован
19 - временные пристенные дамбы
20 - технологическое оборудование
21 - форшахта
22 - траншея для стены в грунте
23 - поперечная «стена в грунте», перекрывающая канал.
Осуществление изобретения
Существующее русло 1 реки или канала (см. Фиг. 1) в условиях города, как правило, имеет набережные 2, мосты, береговые здания 4 и сооружения 3. Изначальный уровень воды 5 канала, отметку дна 6 канала, изначальный уровень подземных вод 7 на прилегающей к руслу 1 территории, фиксируют путем геодезических измерений и ведут от них соответствующие замеры будущего строительства.
Способ возведения Комплекса 9 подземных сооружений под руслом 1 реки или канала, в условиях сложившейся городской застройки 4, основан на выполнении жестких требованиях городских властей по минимизации влияния процесса строительства на сохранность окружающих объектов и коммуникаций, исключению глумовых и вибрационных воздействий на режим жителей и работу служащих, запрет на размещение бытовых и служебных временных сооружений, связанных со строительством на прилегающих улицах.
Основным отличительным признаком изобретения является возведение полного контура ограждающих стен 10 подземного комплекса 9 на всей его длине без понижения уровня 5 воды в канале и уровня подземных вод 7 на окружающей территории. При этом, конструкция ограждающих «стен в грунте» 10 (далее ОСГ) должна быть совершенного типа, т.е. перекрывать водонесущие слои грунта и заглубляться в слой водоупора 11, что позволяет при последующей разработке грунта и осушении котлована избежать фильтрации воды через дно котлована и понижения уровня подземных вод 7 на прилегающей территории и, как результат, отказаться от выполнения дорогостоящих мероприятий по защите окружающей застройки от неизбежных деформаций грунтовых оснований. Вариант способа допускает создание искусственного слоя водоупора с помощью цементации или другим известным способом.
В свою очередь, требование производства работ с временных насыпей совпадает требованием властей не выходить за пределы набережных.
ОСГ 10 большой глубины выполняется, как правило, из монолитного железобетона или из металлического шпунта. Для разработки траншеи 8 для возведения ОСГ 10 в грунтовых условиях, включающих наличие скальных и полускальных прослоев используют грунтовые фрезы с промывкой бентонитовым раствором. При этом, для обеспечения устойчивости стенок траншеи 8 ОСГ, отметка бурового раствора в форшахтах 21 должна превышать отметку подземных вод (отметку воды в канале) не менее чем на 1.6 м. Т.е. превышение отметки насыпи с форшахтами 21 над уровнем воды 5 в канале должно быть не менее 1.5-1.8 м.
В предлагаемом способе котлован для возведения комплекса 9 осушается только после возведения замкнутого контура ограждающих стен 10 Комплекса, причем водный поток направляется в другое русло или отводится перепускными трубами 12. Осушение (водоотлив) осуществляют параллельно с разработкой грунта в котловане. После возведения железобетонного каркаса 13 и покрытия 14 комплекса, канал может быть возвращен в старое или обновленное русло 15. Причем новая отметка дна русла, зависящая от положения кровли Комплекса, может быть выше или ниже старой отметки 6.
В тех случаях, когда в геологическом разрезе отсутствует слой грунта, приемлемый для водоупорного использования, в зоне нижнего конца ОСГ возводят слой искусственного водоупора по известным технологиям цементации, струйного закрепления и др.
Пример №1 реализации способа.
Строительство подземного железобетонного комплекса 9 под руслом 1 водоотводного канала.
Комплекс возводится фрагментами поочередно на отдельных участках, начиная со средней части к краям или от одного края к другому.
1. С помощью плавсредств 16 (земснаряд и пр.) собирают донный осадок (ил) в русле и вывозят баржами 17 на переработку или в отвал. Затем земснарядами 16 углубляют фарватер в русле 1 для прохода барж 17 под существующими мостами, причем разработанный грунт 18 отсыпают в тело продольных (пристенных) дамб 19 для размещения буровой техники и другого технологического оборудования 20 для устройства «стены в грунте» вдоль всей длины канала (за или внутри парапета набережных). Отметку верха насыпных и/или намывных дамб 19 принимают из расчета обеспечения устойчивости стенок траншеи будущей «стены в грунте», не менее 1,6-1,8 м выше уровня воды в канале.
Отметку разработки фарватера принимают из расчета удобства бетонирования плиты покрытия 14 будущего подземного сооружения, которая может отличаться от начальной отметки 6 дна канала.
2. На дамбах 19 размещают оборудование 20, бетонируют форшахты 21, копают траншеи 22 плоским грейфером или гидрофрезой на проектную глубину под защитой бурового раствора и бетонируют ограждающие «стены в грунте» 10. Вся логистика материалов и грунта - по воде. Загрузка/разгрузка барж 17 производится на пристанях выше и ниже по главному течению реки.
3. Работы по возведению продольных участков ОСГ 10 выполняют по всей длине Комплекса 10 или на отдельных участках русла канала длиной не менее 6-8 ширин Комплекса. После возведения ОСГ на определенном участке производят перемещение грунта дамбы 19 на соседний участок.
4. Прокладывают трубы 12 байпаса на всю длину Комплекса с выпуском за пределы поперечных дамб 23. Трубы прокладывают под водой с уклоном на отметках дна канала или ниже, с целью размещения верхнего бетонного покрытия 14 комплекса.
5. Отсыпают временные поперечные участки дамбы 23 в торцах комплекса и возводят в них торцевые ОСГ. Кроме концевых 23 могут отсыпаться временные поперечные промежуточные дамбы, используемые для проезда в процессе строительства.
6. Отгороженный участок канала осушают, а водный поток пропускают через трубы 12 байпаса. Параллельно с осушением производят разработку грунта внутри контура ОСГ.
7. Грунт 18 в русле разрабатывают до отметки низа литы будущего покрытия 14 подземной части Комплекса. Разработанный грунт вывозится баржами, которые загружаются транспортерами, козловым краном или другими способами.
8. Далее вся технология работ по возведению комплекса принимается известным способом по схеме «top-down» или «semi top-down».
9. Устройство свай-колонн каркаса 13. Бетонирование плиты покрытия 14 подземной части Комплекса с монтажными отверстиями для облегчения вывозки грунта.
10. После окончания всех работ по возведению Комплекса, перекрывают трубы байпаса и воды Канала пускают по новому руслу поверх кровли Комплекса.
Открытый способ подразумевает разработку грунта в котловане 18 с установкой временной распорной системы или грунтовых анкеров.
Закрытый или полузакрытый способ предусматривает возведение на первом этапе верхнего покрытия 14, затем нижних плит перекрытий, затем фундаментной плиты. Для удобства транспортирования разработанного грунта в верхних перекрытиях оставляют временные технологические проемы.
При увеличении или уменьшении глубины канала, расширении или сужении русла канала, изменении его конфигурации, возводят дополнительные искусственные временные сооружения, которые могут сузить русло и/или обеспечить измененный уровень, например, углубленный уровень воды.
На завершающем этапе проводят отключение временного водоотвода, открытие поперечных дамб, заполнение ранее перекрытой части реки или канала водой и восстановление природного потока.
Перед пуском водного потока в нужных местах возводят мосты или иные сооружения, что более удобно, чем их возведение над водным потоком.
Перепускную трубу можно размещать в месте, не мешающем производству строительных работ (например, вдоль одного берега канала).
Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает возможность строительства подземных зданий и сооружений под и вдоль русла каналов или рек без водопонижения на прилегающей территории. Также, изобретение позволяет быстро и технически более просто менять глубину и ширину русла канала или реки.