Спосіб розвантаження підземних споруд від бічного тиску ґрунту

1. Спосіб розвантаження підземних споруд від бічного тиску ґрунту, що включає створення геотехнічного бар'єра шляхом улаштування жорстких подовжених елементів у ґрунті навколо бокових стінок підземної споруди, який відрізняється тим, C2 2 (19) 1 3 Широко відомі способи, в основу яких покладене створення геотехнічного бар'єру улаштуванням у ґрунті на деякій відстані від споруда розділювальної стінки, що забезпечує як захист підземної частини споруди від впливу тисків і деформацій ґрунту, так і захист існуючих забудов від впливу нового будівництва. Так, відомий спосіб створення геотехнічного бар'єру з використанням розділюва-льної шпунтової стінки по [патенту Російської Федерації RU 2045621, МПК6 E02D 5/30, E02D 35/00, дата подачі заявки 1993.02.08]. Розділювальна шпунтова стінка влаштовується між фундаментом існуючої будівлі і фундаментом нової будівлі. Стінка включає суцільне огородження з металевого шпунта, закріплене в несучому шарі ґрунту і розміщене між фундаментами існуючих і нової будівлі з охопленням у кутах фундаменту останньої. Для закріплення огородження вона постачена зануреними в несучий шар грунту шпунтовими палями, розташованими уздовж стінки з деяким кроком. Шпунтини стінки у верхній частині з'єднані між собою і шпунтовими палями зварюванням і горизонтальними тяжами, а висота стінки дорівнює потужності стисливого шару ґрунту. Розділювальна шпунтова стінка працює в такий спосіб. При передачі навантаження від нового споруда негативне тертя осідаючого грунту в межах стисливого грунту сприймається шпунтинами стінки і передається на шпунтові палі, що прорізають слабкі ґрунти і закріплені в несучому шарі грунту. Крок шпунтових паль і глибина їх закладення в несучий шар ґрунту забезпечує нерухомість шпунтин стінки. Зварні шви між шпунтинами і тяжі забезпечують роботу шпунтової стінки, як балкистінки, і дозволяють сприймати перерізуючі зусилля і розтягуючі напруги у балці-стінці. Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, є: спосіб розвантаження підземних споруджень від тиску ґрунту, що включає створення геотехнічного бар'єру в грунті навколо бокових стінок підземного споруду. Іншим прикладом використання розділювальної стінки являється спосіб будівництва підземного споруда, відомий по [патенту Російської Федерації № RU 2042013, МGR6 E02D 29/045, E02D 27/18, дата подачі заявки 1994.01.19]. Спосіб включає улаштування елементів, що обгороджують, у ґрунті між новим спорудам і існуючим, монтаж стін нового споруда з одночасною розробкою ґрунту в просторі, обмеженому стінами, виконання днища споруда, при цьому перед монтажем стін нового споруду по їх контуру утворюють розпушену зону ґрунту на глибину, рівну глибині споруди, на денній поверхні монтують стіни і по їх внутрішньому контуру відсипають опорну призму з піщано-гравійної суміші, потім задавлюють елементи, що обгороджують, у вигляді шпунтового огородження на глибину, не менше глибини нового споруда з використанням стін останнього як опорних елементів для здавлювання, після чого між шпунтовим огородженням і новим спорудам утворюють замкнуту по контуру завісу з глинистого розчину. Розпушену зону ґрунту під стінами споруди виконують шириною, рівною 0,92 - 0,96 тов 83327 4 щини стін споруди, а завісу з глинистого розчину виконують на відстані від стін споруди, рівному 0,55 - 0,65 відстані між шпунтовим огородженням і стінами споруди. Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, є: спосіб розвантаження підземних споруджень від тиску ґрунту, що включає створення геотехнічного бар'єру в грунті навколо бокових стінок підземного споруди. Відомий спосіб зведення стіни в грунті по [авторському свідоцтву СРСР №1668557, МПК Е02Р 5/20, дата подачі заявки 27.11.89]. Зведення стіни в грунті, як геотехнічного бар'єру, виконують у наступній послідовності. Спочатку бурять більш глибоку свердловину з використанням обсадної труби на глибину нижче проектної позначки. Потім роблять зачищення дна зазначеної свердловини опускають усередину вертикальну оболонку з двома увігнутими протилежними по перетину ділянками і витягають обсадну трубу. Наступним етапом бурять менш глибокі суміжні свердловини до проектної позначки, використовуючи увігнуті ділянки вертикальної оболонки як направляючі. У кожну сторону від більш глибокої свердловини бурять одну - три суміжні менш глибокі свердловини. У суміжні свердловини опускають вертикальні оболонки, витягають обсадні труби. Потім аналогічно бурять наступні більш глибокі свердловини і наступні менш глибокі свердловини, повторюючи зазначені операції. Далі у більш глибокі свердловини опускають бетонні труби і накачують бетонну суміш. При цьому бетонна суміш з більш глибоких свердловин надходить у суміжні менш глибокі свердловини, виносячи на поверхню розпушений ґрунт, що залишається в свердловинах після буравлення. Таким чином, стіна по всьому периметру виконується монолітною, без швів, тому що стикування бетонної суміші в свердловинах відбуваються до дегідратації. Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, є: спосіб розвантаження підземних споруджень від тиску ґрунту, що включає створення геотехнічного бар'єру в ґрунті навколо бокових стінок підземного споруда. Можна навести й інші приклади розвантаження підземних споруджень від тиску ґрунту з застосуванням розділювальних стінок. Загальним недоліком таких способів є обмежені можливості застосування в стислих умовах існуючих міських забудов, коли відсутнє місце для вертикальних устроїв: траншей, шпунтових стінок, вертикальних паль і інших технічних засобів навколо нового споруда. Відомі способи, що передбачають застосування в геотехнічних бар'єрах легко стисливих матеріалів або матеріалів, що мнуться. Так, відомий спосіб захисту фундаментів споруджень від нерівномірних деформацій ґрунту по [авторському свідоцтву СРСР №1000520, МПК3 Ε 02 Ρ 35/00, дата подачі заявки 18.05.1981]. Спосіб включає виконання в ґрунті стінок з легко стисливого матеріалу, утворених верхніми і боковими елементами, що обгороджують. У якості легко стисливого матеріалу можуть бути використані обпили, шлаки. Протилежні стінки стягають 5 між собою горизонтальними тяжами. Для цього елементи, що обгороджують, з боку фундаменту виконані посиленими, з отворами для пропуску тяжів. Тяжи пропускають через виконані у фундаменті отвори, грунт і через отвори в елементах, що обгороджують, напружують їх і закріплюють на елементах, що обгороджують. При впливі розтяжних зусиль ґрунту вони передаються через елементи, що обгороджують, тяжам, додаткова напруга яких запобігає появі зосереджених деформацій. Ці деформації концентруються по контуру стінок з легко стисливого матеріалу і за його межами. Використання такого способу захисту фундаментів будівель, споруджень від нерівномірних деформацій основ, викликаних гірничими роботами, дозволяє виключити виникнення зосереджених деформацій розтягання в основі будинків і тим самим підвищити ефективність захисту. Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, є: спосіб розвантаження підземних споруджень від тиску ґрунту, що включає створення геотехнічного бар'єру в грунті навколо бокових стінок підземного споруда. Іншим прикладом аналогічного підходу є екран для захисту будинків і споруджень від сейсмічних впливів, відомий по [авторському свідоцтву СРСР №1629416, МПК5 E02D 5/20, дата подачі заявки 27.11.99]. Екран складається із свердловин внутрішнього ряду і свердловин зовнішнього ряду, розташованих у шаховому порядку по контуру споруда на деякій відстані від споруди. Свердловини заповнені матеріалом, що поглинає сейсмічні коливання. Тонкі ґрунтові перемички між свердловинами виконують роль гнучких зв'язків, над деякими свердловинами розміщені ковпаки. Крок між свердловинами внутрішнього і зовнішнього ряду складає 1,22 діаметра свердловини з розмірами перемичок між свердловинами внутрішнього і зовнішнього рядів 0,2-0,44 діаметра. Глибину екрана визначають по експериментальній розрахунковій формулі. Як матеріали, що заповнює свердловини, можуть бути використані відомі поглинаючі коливання матеріали, наприклад шлак, газобетон, здрібнені гумові автопокришки, керамзит і інші, аналогічні матеріали. Зазначені матеріали засипають у свердловини, а потім свердловини можуть заливатися водою. Для зниження щільності доцільне застосування води в суміші з іншими більш легкими матеріалами, наприклад пустотілими кульками з пластмаси або інших матеріалів (наприклад, пробки). Одержувана суміш буде стисливою. Пустотілі кульки при тисках, що перевищують їх міцність, руйнуються або мнуться. Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, є: спосіб розвантаження підземних споруджень від тиску ґрунту, що включає створення геотехнічного бар'єру в ґрунті навколо бокових стінок підземного споруда. Загальним недоліком таких способів, як і вище зазначених аналогів, є обмежені можливості застосування в стислих умовах існуючих міських забудов, коли відсутнє місце для вертикальних устроїв: траншей, шпунтових стінок, вертикальних 83327 6 паль і інших технічних засобів навколо нового споруда. Відомі способи, що передбачають створення геотехнічних бар'єрів шляхом ін'єкції в ґрунт навколо нового споруда відповідних закріпляючих розчинів. Так, по патенту Російської Федерації [RU 2245966, МПК7 E02D 31/08, E02D 31/10, дата подачі заявки 2002.08.07] відомий спосіб зведення підземних споруджень у зоні міської забудови, що включає улаштування у ґрунті геотехнічного бар'єру між фундаментом існуючого будинку і новим підземним спорудам із закладенням його на розрахункову глибину, зведення стін і днища підземного споруда, при цьому геотехнічний бар'єр створюють шляхом улаштування в ґрунт ряду вертикальних ін'єкторів на шляху розповсюдження хвилі зміни напружено-деформованого стану ґрунту, роблять нагнітання цементного розчину, у процесі зведення стін підземного споруда ведуть контроль напружено-деформованого стану ґрунту, при зміні якого роблять додаткове нагнітання цементного розчину до відновлення напруженодеформованого стану грунту. Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, є: спосіб розвантаження підземних споруджень від тиску ґрунту, що включає створення геотехнічного бар'єру в грунті навколо бокових стінок підземного споруда. Аналогічним способом є спосіб захисту існуючих будівель, споруджень і підземних комунікацій у зоні впливу нового будівництва [патент Російської Федерації RU 2291253, МПК E02D 31/08, E02D 35/00, дата подачі заявки 2005.06.30], що включає створення у ґрунті геотехнічного екрану шляхом улаштування в ґрунті між фундаментами існуючих і нових будівель, споруджень і підземних комунікацій ін'єкторів з наступною ін'єкцією закріпляючого розчину в ґрунт під тиском. При цьому геотехнічний екран улаштовують комбінованим із двох рядів ін'єкторів - пасивних з боку нового об'єкта і активних з боку існуючого об'єкта, а закріпляючий розчин подають спочатку в пасивний ряд ін'єкторів шляхом однократної ін'єкції розчину, а потім в активний ряд ін'єкторів шляхом багаторазової ін'єкції розчину в ґрунт до відновлення початкового напружено-деформованого стану ґрунтів основи і фундаментів існуючих будівель, споруджень і підземних комунікацій. Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, є: спосіб розвантаження підземних споруджень від тиску грунту, що включає створення геотехнічного бар'єру в ґрунті навколо бокових стінок підземного споруда. Недолік технологій з застосуванням ін'єкторів виражається у відсутності захисту стінок підземного споруда від впливу лобового тиску, тому що зміцнений закріпляючим розчином ґрунт принципово не може бути компенсатором лобового (горизонтального) тиску ґрунту. Широко відомі способи створення геотехнічних бар'єрів з використанням жорстких подовжених вертикальних елементів, наприклад паль, що влаштовують навколо бокових стінок підземного споруда. Принцип використання жорстких подов 7 жених елементів у створенні геотехнічного бар'єру використаний у рішенні, що заявляється. Тому як прототип вибрано відомий спосіб устрою розділювальної стінки, як геотехнічного бар'єру, між фундаментом існуючого будівлі і новим підземним спорудам з використанням вертикальних паль [заявка Російської Федерації №94007986, МПК E02D 5/30, 35/00, дата подачі заявки 1994.03.03]. Спосіб передбачає улаштування навколо бокових стінок підземного споруда вертикальних буронабивних паль (жорстких подовжених вертикальних елементів) з деяким кроком, виконання між ними щілин, заповнення щілин тиксотропним розчином і занурення в щілини металевих гофрованих листів, розмірних щілині і з'єднаних з балкою, встановленою на оголовках паль. Причому щілину прорізають на глибину стисливого шару ґрунту основи нового підземного споруда. Загальними ознаками прототипу і рішення, що заявляється, є: спосіб розвантаження підземних споруджень від бічного тиску ґрунту, що включає створення геотехнічного бар'єру шляхом улаштування жорстких подовжених елементів у ґрунті навколо бокових стінок підземного споруда. Недоліком прототипу, як і більшості зазначених аналогів, є обмежені можливості застосування в стислих умовах існуючих міських забудов, коли відсутнє місце для вертикальних пристроїв: траншей, шпунтових стінок, вертикальних паль і інших технічних засобів навколо нового споруда. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу розвантаження підземних споруджень від бічного тиску ґрунту, у якому за рахунок технологічних особливостей досягається можливість забезпечення геотехнічної і конструктивної безпеки об'єктів, що споруджуються на підроблених територіях у стислих умовах існуючих міських забудов. Поставлена задача вирішується тим, що в способі розвантаження підземних споруджень від бічного тиску ґрунту, що включає створення геотехнічного бар'єру шляхом улаштування жорстких подовжених елементів у ґрунті навколо бокових стінок підземного споруда, відповідно до винаходу, жорсткі подовжені елементи влаштовують зсередини підземного споруда з протилежних його сторін перпендикулярно боковим стінкам споруда, при цьому кожен жорсткий подовжений елемент з'єднують з боковою стінкою споруда в місцях розташування елементів горизонтальної або вертикальної жорсткості споруда. Зазначені ознаки складають сутність винаходу. Доцільно жорсткі подовжені елементи влаштовувати в ґрунті симетрично відносно центру деформації підземного споруда. Доцільно жорсткі подовжені елементи виконувати в ґрунті у вигляді горизонтальних буронабивних паль, які улаштовують зсередини підземного споруда через отвори, виконані в бокових стінках підземного споруда в місцях розташування елементів горизонтальної або вертикальної жорсткості споруди. 83327 8 Також доцільно жорсткі подовжені елементи з'єднувати із стінками підземного споруда за допомогою вузлів допустимої міцності. Істотні ознаки винаходу знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з технічним результатом, що досягається. Так, спосіб розвантаження підземних споруджень від бічного тиску ґрунту з створенням геотехнічного бар'єру шляхом улаштування жорстких подовжених елементів у грунті навколо бокових стінок споруда, у якому жорсткі подовжені елементи влаштовують зсередини підземного споруда з протилежних його сторін перпендикулярно боковим стінкам споруда і з'єднують кожен жорсткий подовжений елемент із боковою стінкою споруда в місцях розташування елементів горизонтальної або вертикальної жорсткості споруда, дозволяє забезпечити геотехнічну і конструктивну безпеку об'єктів, що споруджуються на підроблених територіях у стислих умовах існуючих міських забудов. Пояснюється це тим, що відмітні ознаки винаходу (жорсткі подовжені елементи влаштовують зсередини підземного споруда з протилежних його сторін перпендикулярно боковим стінкам споруда, при цьому кожен жорсткий подовжений елемент з'єднують з боковою стінкою споруда в місцях розташування елементів горизонтальної або вертикальної жорсткості споруда) разом з істотними ознаками, загальними з прототипом, забезпечують одержання будівельної системи з наступними властивостями: - можливістю сприйняття горизонтальних деформацій і напруг грунту горизонтально розташованими жорсткими подовженими елементами при відсутності шва ковзання між зазначеними елементами і грунтом; цей ефект забезпечується улаштуванням у ґрунті навколо бокових стінок підземного споруда перпендикулярно до бокових стінок (тобто горизонтально розташованих) жорстких подовжених елементів (наприклад, буро-набивних паль), що перебувають в зачепленні з ґрунтом і з'єднаних із підземним спорудам; - можливістю створення геотехнічного бар'єру навколо бокових стінок споруда в стислих умовах існуючих міських забудов, коли відсутнє місце для вертикальних устроїв: траншей, шпунтових стінок, вертикальних паль і інших технічних засобів навколо нового споруда; цей ефект забезпечується можливістю створення геотехнічного бар'єру з улаштуванням горизонтальних жорстких подовжених елементів (наприклад, буронабивних паль) у грунті зсередини підземного споруда через отвори в його бокових стінках; - можливістю компенсації напруг грунту, сприйнятих жорсткими подовженими елементами, із забезпеченням геотехнічної і конструктивної безпеки підземного споруда; цей ефект забезпечується розташуванням жорстких подовжених елементів (наприклад буронабивних паль) із протилежних сторін підземного споруда, з'єднанням кожного жорсткого подовженого елемента з відповідною боковою стінкою підземного споруда в місцях розташування елементів горизонтальної або вертикальної жорсткості споруда. 9 Симетричне розташування жорстких подовжених елементів відносно центру деформації підземного споруда дозволяє одержати багатоярусну компенсуючу будівельну систему з оптимальними характеристиками геотехнічної і конструктивної безпеки. Застосування буронабивних паль у якості жорстких горизонтальних подовжених елементів забезпечує підвищене зчеплення (виключення ковзання) зазначених елементів із грунтом і сприйняття ними горизонтальних деформацій і напруг грунту. З'єднання жорстких подовжених елементів зі стінками підземного споруда за допомогою вузлів допустимої міцності забезпечує розвантаження будівельної конструкції при перевищенні припустимих навантажень на горизонтальні або вертикальні елементи жорсткості споруда. Нижче приводиться докладний опис способу розвантаження підземних споруджень від бічного тиску ґрунту з посиланнями на креслення, на яких показано: Фіг.1 - Спосіб розвантаження підземних споруджень від бічного тиску ґрунту, улаштування стінок підземної споруди методом «стіна в ґрунті». Фіг.2 - Спосіб розвантаження підземних споруджень від бічного тиску ґрунту, устрій горизонтальних буронабивних паль. Фіг.3 - Спосіб розвантаження підземних споруджень від бічного тиску ґрунту, вид А на Фіг.2. Фіг.4 - Спосіб розвантаження підземних споруджень від бічного тиску ґрунту, вузол з'єднання буронабивної палі зі стінкою споруда. Спосіб розвантаження підземних споруджень від бічного тиску ґрунту реалізують наступним чином. Відомим методом «стіна в ґрунті» зводять бічні стінки 1 нового підземного споруда (Фіг.1). При цьому за допомогою закладних деталей, наприклад гільз 2, у бокових стінках 1 виконують наскрізні отвори 3 для наступного устрою через зазначені отвори 3 навколо бокових стінок 1 жорстких подовжених елементів, наприклад горизонтальних буронабивних паль. Отвори 3 виконують у місцях проектного розташування елементів горизонтальної або вертикальної жорсткості підземного споруда, наприклад на рівні горизонтальних перекриттів або в місцях розташування вертикальних ядер жорсткості. Далі виконують екскавацію ґрунту з застосуванням відомих технічних засобів, наприклад екскаваторів. В міру екскавації ґрунту встановлюють тимчасове кріплення бокових стінок 1 - наприклад ростріли (не показані). Ростріли встановлюють у місцях розташування горизонтальних перекриттів підземного споруда. Після екскавації ґрунту на заданій позначці улаштовують днище 4 підземного споруда. Далі, для створення геотехнічного бар'єру через отвори 3 навколо бокових стінок 1 улаштовують жорсткі 83327 10 подовжені елементи, наприклад горизонтальні буронабивні палі 5 (Фіг.2, 3). Улаштування паль 5 виконують за відомою технологією буронабивних паль. Палі 5 улаштовують зсередини підземного споруда, через отвори 3 із протилежних сторін підземного споруда перпендикулярно боковим стінкам 1. Палі 5 розташовують симетрично відносно центру деформації 6 підземного споруда. Оголовок 7 кожної палі 5 з'єднують з відповідною боковою стінкою 1 у місці розташування відповідного отвору 3. Враховуючи те, що отвори 3 виконані в місцях розташування елементів горизонтальної або вертикальної жорсткості підземного споруда, наприклад на рівні горизонтальних перекриттів, кожна паля 5 буде з'єднана з відповідною боковою стінкою 1 у місці розташування елементів жорсткості підземного споруда. З'єднання кожної буронабивної палі 5 з боковою стінкою 1 виконано у вигляді вузла допустимої міцності (Фіг.4). Вузол допустимої міцності містить гільзу 2, закріплену в боковій стінці 1, і з'єднану з гільзою 2 втулку 8, виконану з елементами допустимої міцності у вигляді радіальних виступів (стрижнів) 9 на внутрішній поверхні втулки 8. З'єднання палі 5 з боковою стінкою 1 реалізоване за рахунок упору оголовка 7 палі 5 у радіальні виступи 9 втулки 8. Після улаштування буронабивних паль 5 і з'єднання їх з боковими стінками 1 демонтують розстріли, виконують монтаж горизонтальних перекриттів і інших конструктивних елементів підземного споруда (не показані). Розвантаження бокових стінок підземного споруда від бічного тиску ґрунту відбувається таким чином. Бічний тиск, що виникає від горизонтальних деформацій ґрунту, сприймається навколо бокових стінок 1 буронабивними палями 5, що перебувають в зачепленні з ґрунтом. Осьові зусилля буронабивних паль 5 передаються на конструкцію підземного споруда в місцях розташування елементів горизонтальної або вертикальної жорсткості споруда. Враховуючи те, що бурові палі 5 улаштовані з протилежних сторін підземного споруда симетрично відносно центру деформації 6 споруда, відбувається зрівноваження осьових зусиль в умовах стиску елементів жорсткості підземного споруда, наприклад елементів горизонтальної жорсткості у вигляді дисків перекриття споруда. При перевищенні припустимих навантажень на елементи жорсткості споруда радіальні виступи 9 на внутрішній поверхні втулки 8 зрізуються, забезпечуючи піддатливість буронабивних паль 5 у горизонтальному напрямку і розвантаження будівельної конструкції. Зазначена схема являє собою багатоярусну компенсуючу будівельну систему з оптимальними характеристиками геотехнічної і конструктивної безпеки, реалізація якої можлива в стислих умовах існуючих міських забудов на підроблених територіях. 11 83327 12 13 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 83327 Підписне 14 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601