Применение трубчатого сварного шпунта на строительстве станций омского метрополитена

ANALYSIS OF CAUSES OF LIMIT-EXCEEDING DEFORMATIONS ON MOTOR ROADS IN CONDITIIONS OF HIGH-TEMPERATURE CONGELATION

E. A. Bedrin, A. A. Dubenkov

Abstract. The article analyzes the causes of offnominal (limit-exceeding) deformations on separate sectors of the motor road R - 297 "Amur" Chita -Khabarovsk in the Zabaykalsky region upon the results of field survey. The recommendations for conducting protective and repair actions on examined sectors are offered. The analysis presented in the article allows anticipating the appropriate stabilizing decisions of preventive character on analogous objects in the process of engineering and building motor roads in high-temperature congelation.

2. Zhdanov S. M. Principles of subgrade stabilization in the southern permafrost: Dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences Khabarovsk State University of Railways. Khabarovsk, 2007. - 425 p.

3. Dubenko A. Comprehensive assessment of geotechnical and permafrost conditions at zoning road alignment / A. A. Dubenko // Vestnik SibADI. - № 4 (32) 2013 - pp. 46 - 52.

Бедрин Евгений технических наук, государственной академии (СибАДИ),

Андреевич - кандидат доцент Сибирской автомобильно-дорожной начальник отдела ОАО

Keywords: field surveys, temperature congelation.

deformations, high-

Bibliographic list

1. ODM Development "Guidelines for predicting stability GEOCRYOLOGICAL road facilities for design, construction and operation of highways" : research report Federal Road Agency; hands. EA Bedrin; executed.: AA Dubenko [et al.] - Moscow: 2013. - 197 p. - № GR 01201179518

«Омский СоюзДорНИИ» г. Омск. Основное направление научной деятельности: Разработка ресурсосберегающих технологий в дорожном строительстве. Общее количество

опубликованных работ: 42. e-mail: BEDRIN-EA@yandex.ru

Дубенков Андрей Алексеевич - аспирант Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) г. Омск. Основное направление научной деятельности:

Обоснование конструктивных и организационно-технологических решений при строительстве дорог на многолетнемерзлых грунтах. Общее количество опубликованных работ: 19. e-mail: hrnthrnt@gmail. com

УДК 624.15

ПРИМЕНЕНИЕ ТРУБЧАТОГО СВАРНОГО ШПУНТА НА СТРОИТЕЛЬСТВЕ СТАНЦИЙ ОМСКОГО МЕТРОПОЛИТЕНА

Ю. Е. Пономаренко, А. С. Нестеров, Н. Б. Баранов

Аннотация. Рассмотрено применение трубчатых шпунтовых свай при устройстве ограждающих конструкций станций метрополитена. Предложены различные конструкции замковых соединений, нашедшие широкое применение при ограждении глубоких котлованов при строительстве в районах Западной Сибири. Уделено внимание вопросам анализа существующих технических решений шпунтовых ограждений.

Ключевые слова:

эффективность.

конструкции, шпунт, свая, погружение, технология,

Введение

Применение трубчатого сварного шпунта началось практически одновременно в ФРГ, Японии и США в начале 60-х годов прошлого века. И явилось перспективным направлением для устройства ограждающих стен котлованов. Шпунтовое ограждение из свай ТШС (трубчатый сварной шпунт) нашло свое применение в РФ только в начале 90-х годов в районах Крайнего Севера (на объектах транспортного и гидротехнического строительства Ханты-Мансийского

автономного округа), а так же в других регионах России. В современном

строительной практике металлические конструкции из свай ТШС нашли техническое обоснование в виде специально созданной нормативной и методологической базы. Благодаря вновь разработанным ГОСТам эти конструкции широко применяются для устройства мостовых переходов, причальных стенок, при возведении ограждающих конструкций котлованов зданий. К их числу можно добавить транспортные и гидротехнические сооружения из трубчатых сварных шпунтовых свай, отличающиеся рациональностью конструкции, прочностью и архитектурной выразительностью [1].

Рис.1. Ограждение из тяжелого шпунтового профиля типа Ларсен

Для глубоких котлованов (глубиной 5,0 м и более) и на слабых грунтах обычно применялись шпунты корытного профиля, в том числе и наиболее тяжелого типа Ларсен -IV, Ларсен - V (рис. 1) из низколегированной стали марки 16ХГ, но они характеризуются недостаточной прочностью при восприятии изгибающих моментов. Поэтому при проектировании таких сооружений приходится идти на дополнительные дорогостоящие мероприятия, позволяющие снизить горизонтальные нагрузки на шпунт: применение каменных разгрузочных призм, экранирующих свайных рядов, разгрузочных эстакад.

Забивка шпунта осуществляется аналогично забивке свай, однако при этом необходимо учитывать специфику шпунтового профиля (применение специальных наголовников), возможно погружение пакетами по нескольку свай. Удары молота о шпунт более жесткие по сравнению со сваей, что приводит к более быстрому износу, как погружающего оборудования, так и шпунтовой сваи. Шпунт типа Ларсен при забивке «в замок» предъявляет повышенные требования к качеству производства работ, требует тщательного выравнивания свай по вертикали и в плане, иногда возникает необходимость в дополнительном бурении.

При погружении одиночных шпунтин возникают осложнения связанные с разворачиванием их в плане и деформацией. Поэтому шпунт типа «Ларсен» приходится

иногда погружать пакетами из двух шпунтин. Это приводит к необходимости производить дополнительные технологические операции на строительной площадке. Увеличение лобового сопротивления в плотных грунтах приводит к тому, что сопротивление пакета погружению резко возрастает. Количество ударов при погружении может достигать до 300 и более на 1 м погружения. В этих условиях у части пакетов происходит смятие верхних концов. После повреждения головы пакета дальнейшее погружение его невозможно, так как большая часть энергии удара расход уже не на погружение, а на еще большую деформацию головы пакета [2].

При повторном использовании шпунтовых свай замковые соединения часто деформируются и разрываются, что приводит к некачественному выполнению работ по устройству ограждения. В таком случае между шпунтовыми сваями делают так называемую затирку из досок, которая значительно увеличивает водопроницаемость конструкции в целом и приводит к необходимости дополнительной

герметизации швов.

Применение ТШС в Омске

В силу того, что другие виды шпунтовых свай не могут обеспечить качественного ограждения стен глубоких котлованов, было принято решение об устройстве ограждающих стен котлованов Омского метрополитена из трубчатого сварного шпунта.

р. Иртыш

Омское метро

строится планируется

Соборная

Библиотека

Метромост им. Пушкина

Заречная

Рис. 2 . Строящиеся линии Омского метрополитена

Генеральным подрядчиком на строительстве трех линий Омского метрополитена является НПО «Мостовик». В рамках сооружения первой линии метро в Омске «Мостовик» ведет работы по проектированию и строительству комплекса объектов. В их числе перегонные и коммуникационные тоннели протяженностью около 20 км, 15 станций, метрополитеновские участки подходов к метромосту, электродепо, инженерный корпус и ряд спецобъектов [3].

В первую очередь строительства входят станции: «Библиотека имени Пушкина», «Заречная», «Кристалл», «Соборная» и «Проспект Рокоссовского». Протяженность первой линии омского метрополитена 7,3 км, прогнозируемая средняя скорость 36 км/ч, при этом время поездки по всей линии составит около 15-ти минут. Все станции спроектированы ОАО «Метрогипротранс» в едином концептуальном стиле, аналогичном московской станции «Строгино». Станции будут различаться только цветовым оформлением, подбором материалов облицовки, а также формой кессонов в верхней части свода станции. В их оформлении будет доминировать строгость и

сдержанность. Первый пусковой участок: Электродепо — станция «Соборная» — станция «Кристалл» — станция

«Заречная» — станция «Библиотека им. Пушкина» (рис. 2). Длина тоннеля между станциями «Заречная» и «Кристалл» составит около 1,1 км. Депо метрополитена будет располагаться за станцией «Соборная». Рядом с ним будет построена подстанция 110/10 киловольт «Метро», которая обеспечит метрополитен

энергоснабжением.

В связи с глубоким заложением станций и сложными инженерно-геологическими

условиями площадки строительства была принята технологическая схема устройства ограждения стен котлована с применением трубошпунтовых свай ТШС 6-2006-А.208-00-СВСУ-13, погруженных в грунтовое основание методом вибропогружения. По данной технологии только при сооружении станции «Библиотека Пушкина» было изготовлено более 750 свай, длиной 15,5 м, диаметром 720 мм. Вибропогружатель 48HFV крепился на голову сваи с помощью автокрана SUMITOMO грузоподъемностью 50 т (рис. 3).

Рис. 3. Технология погружения свай при устройстве ограждения

Особенностью производства работ по устройству ограждающих стен котлована станции метрополитена «Библиотека Пушкина» является то, что строительство проводилось в непосредственной близости от свайных фундаментов мостового перехода [4]. Причем глубина котлована была приблизительно на одном уровне с подошвами свай, составляющих несущие конструкции данного фундамента. Это явилось причиной принятия проектного решения предусматривающего применения трубошпунтовых свай ТШС 6-2006-А.208-00-СВСУ-13 с последующим их включением в конструктивную схему защиты станции метрополитена от давления грунта и подземных вод.

Замки плоского металлического шпунта способны выдерживать значительные растягивающие усилия. Расчетное сопротивление на разрыв обычно принимают

около 19,6 кН/см. В трубошпунтовых сваях используются сварные замки (рис. 4) или замки горячекатаного шпунта типа ШК либо «Ларсен» (рис. 5). Эксплуатационные характеристики замковых соединений постоянно совершенствуются.

Сварное замковое соединение для ограждения котлованов из свай ТШС изготавливается из уголка 70х70х8 ГОСТ 850986 и стального листа 8х72 ГОСТ19903-74.

Трубчатый сварной шпунт начали изготавливать с начала 1990-х годов, на специальных стендах в г. Сургуте. В основу конструкции шпунтовых свай положены широко применяемые на предприятиях нефте-газодобычи стальные трубы диаметром 530 - 1120 мм со сварными замками оригинальной конструкции. Изготавливаемые в настоящее время сварные шпунтовые сваи имеют моменты сопротивления Ш= (2,2 -13,3)*103 см3/м.

» м

ГрцДз 7ИМГДГГ РЯК-РГ.

ЬЬт™* ТВ/ТВлВ

лог; ЯЙР-ЙЬ

Рис. 4. Сварные замковые соединения свай ТШС

Подбирают шпунтовый профиль в зависимости от условий работы и глубины заложения объекта, поскольку с увеличением глубины погружения, пропорционально увеличивается активное давление грунта на ограждающую конструкцию. В зависимости от вида сооружения и эксплуатационных нагрузок для свай ТШС применяют сталь с повышенными механическими

характеристиками: предел текучести - не менее 345 Н/мм2; временное сопротивление разрыву - до 685 Н/мм2; относительное удлинение - 21%; ударная вязкость - не менее 29 Дж/см2 при температуре -40о С. Сталь рекомендуется подбирать из условия, что более 96% нагрузки воспринимается трубчатым элементом конструкции и только менее 4 % приходится на замковое соединение [5].

Рис. 5. Замковые соединения типа ШК-1

Рис. 6. Шпунтовая стенка с распорками на ст. «Библиотека Пушкина»

Из металлического шпунта можно устраивать ограждения, имеющие криволинейные очертания в плане, так как соединения позволяют взаимно поворачивать шпунтовые сваи до 10о. Металлическую шпунтовую стенку крепят с помощью распорок или анкеров (рис. 6).

При устройстве ограждения стен котлована должна строго соблюдаться

последовательность технологических

операций. Перед погружением шпунта осматривают и очищают замки от грязи, грунта и проверяют прямолинейность замков

протаскиванием по ним шаблона. Вибропогружатель жестко закрепляют на шпунте с помощью клинового наголовника. Затем вибропогружатель со шпунтиной поднимают и заводят нижним концом в замок ранее погруженной шпунтины. После чего включают вибратор и погружают шпунт до проектной отметки. Затем вибропогружатель освобождают от шпунтины и переносят к месту соединения со следующей шпунтиной [5.6].

Вход на готовую к эксплуатации станцию «Библиотека Пушкина» представлен на рисунке 7.

Рис. 7. Вид входа на станцию метро «Библиотека Пушкина»

Слабым звеном металлических конструкций является коррозия металла. В целом потери от коррозии считаются настолько большими, что оцениваются специалистами до 30 % от массы черного металла. Для защиты шпунта от коррозии необходимо покрывать его эмалями и грунтовкой: ЭП-5116; ЭП-057; ЭП-1155 [6].

Выводы

Анализ опыта строительства и эксплуатации сооружений из сварного трубчатого шпунта дает основание для следующих выводов:

1. Сооружения с применением свай ТШС возводятся индустриальным методом из конструкций заводского изготовления;

2. Затраты материалов, энергии и экологическое воздействие при возведении 1 п.м. сооружения оказывается минимальным по сравнению с применением других строительных технологий;

3. Конструкции замковых соединений сварного трубчатого шпунта позволяют возводить различные по очертанию в плане сцепки, в том числе замкнутые по окружности;

4. Относительная простота конструкций сварного трубчатого шпунта обеспечивает высокие эксплуатационные показатели даже в суровых природно-климатических условиях.

Библиографический список

1. Гончаров, В. В. Трубчатый сварной шпунт на объектах Ханты-Мансийского автономного округа / В. В. Гончаров, В. Ф. Новицкий // Транспортное строительство. - 2004. - №11. - С. 20-23.

2. Верстов, В.В. Исследование сравнительной эффективности заглубления стального шпунта в плотный грунт различными погружающими машинами / В. В. Верстов, А. Н. Гайдо // Механизация строительства. - 2013. - №2. - С. 44-49.

3. Официальный сайт НПО «Мостовик» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www. Mostovik.ru

4. Пономаренко, Ю. Е. Строительство опор совмещенного моста через реку Иртыш в Омске / Ю. Е. Пономаренко, Н. Б. Баранов, М. П. Мусиенко // Транспортное строительство. - 2006. - №6. - С. 12-14.

5. Верстов, В. В. Технология и комплексная механизация шпунтовых и свайных работ: Учебное пособие. 2-е изд. стер. / В. В. Верстов, А. Н. Гайдо, Я. В. Иванов - СПб.: Изд. «Лань», 2012. -288 с.

6. Штоль, Т. М. Технология возведения подземной части зданий / Т. М. Штоль, В. И. Теличенко, В. И Феклин. - М.: Строиздат, 1990. -288 с.

APPLYING TUBULAR WELDED RABBET AT CONSTRUCTION OF OMSK METRO STATIONS

Y. E. Ponomarenko, A. S. Nesterov, N. B. Baranov

Abstract. The paper dwells on use of tubular encased piles in construction of walling structures in metro stations. The different constructions of lock coupling found the wide application in fencing deep ditches at construction in the West Siberia are considered. The attention is also devoted to the analysis of existing technical solutions of cutoff walls.

Keywords: constructions, rabbet, pile, deeping, technology, effectiveness.

Bibliographic list

1. Goncharov V. V. Welded tubular tongue at the facilities of the Khanty-Mansiysk Autonomous Okrug / V. V. Goncharov, V. F. Nowicki // Transportation stroitelstvo. 2004. - № 11. - pp. 20 - 23.

2. Verstov V. V. Study the comparative effectiveness of penetration steel piles in various solid ground immerse the machine / V. V. Verstov, A. N. Guido // Mechanization construction. - 2013. - № 2. - pp. 44 - 49.

3. Official website for NGOs "Mostovik" [electronic resource]. - Mode of access: www.Mostovik.ru

4. Ponomarenko Y. E. Building towers combined bridge over the Irtysh River in Omsk / Y. E. Ponomarenko, N. B. Baranov, M. P. Musienko // Transportation construction. - 2006. - № 6. - pp. 12-14.

5. Verstov V. V. Guido A. N., Ivanov Y. Technology and mechanization and sheet piling: Study. allowance. 2nd ed. sr. SPb.: Univ. "Lan", 2012.- p. 288 .

6. Stoll T. M. Technology of construction of the underground parts of buildings / T. M. Stoll, V. I. Telichenko, V. I. Feklin: Stroizdat, 1990. - p. 288.

Пономаренко Юрий Евгеньевич - доктор технических наук, профессор кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) г. Омск. Основные направления научной деятельности:

Фундаментостроение. Общее количество опубликованных работ: 150. e-

mail:kaf_igof@sib. adi. org

Нестеров Андрей Сергеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты» Сибирской государственной автомобильно-дорожной

академии (СибАДИ) г. Омск. Основные направления научной деятельности: Совершенствование технологии и средств механизации для устройства прогрессивных конструкций оснований и фундамебнтов. Общее количество опубликованных работ: 33.

Баранов Никита Бориславович - кандидат технических наук. ГИП НПО «Мостовик». Основные направления научной деятельности: Обследование фундаментов, инженерно-геологические изыскания. Общее количество опубликованных работ: 17.